Électron-volt

En physique, l'électron-volt est une unité de mesure d'énergie. Sa valeur est définie comme étant l'énergie cinétique d'un électron accéléré depuis le repos par une différence de potentiel d'un volt.


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Page(s) en rapport avec ce sujet :

  • The electron volt is not an SI unit and its value must be obtained... (source : en.wikipedia)
  • L'électron - volt (eV) est l'unité d'énergie utilisée en physique des particules : c'est l'énergie acquise par un électron soumis à un potentiel électrique de ... (source : futura-sciences)
  • électron - volt (symbole eV) est une unité d'énergie. C'est la quantité d'énergie équivalent à cela gagné par un non lié simple électron lorsqu'il est ... (source : worldlingo)

En physique, l'électron-volt[1] (symbole eV) est une unité de mesure d'énergie. Sa valeur est définie comme étant l'énergie cinétique d'un électron accéléré depuis le repos par une différence de potentiel d'un volt. Un électron-volt est par conséquent égal à à peu près 1, 60217653×10-19 joule (J). C'est une unité hors système international (SI) dont la valeur est obtenue expérimentalement.

On utilise l'électron-volt surtout en physique des particules pour exprimer les niveaux d'énergie rencontrés dans les accélérateurs de particules et la fusion thermonucléaire, en physique des semi-conducteurs pour exprimer le gap de ceux-ci ou en physique des plasmas :

Multiples usuels 
1 keV = 103 eV
1 MeV = 106 eV
1 GeV = 109 eV
1 TeV = 1012 eV

Dans certains documents assez anciens, on peut voir la notation "BeV" pour «billion electronvolt» : elle est équivalente au GeV (gigaélectron-volt).

Substitution d'autres unités par l'électron-volt

Unité de masse

D'après la relation E = m·c2 de la relativité restreinte, on déduit :

{1 \mbox{ eV} \over \mbox{c}ˆ{2}} = \frac {1,602\ 2\cdot10ˆ{-19}\mbox{ J}} {(299\ 792\ 458\mbox{ m/s})ˆ2} = {1,783\cdot10ˆ{-36} \mbox{ J}\cdot\mbox{s}ˆ2\cdot\mbox{m}ˆ{-2}} = {1,783\cdot10ˆ{-36} \mbox{ kg}}

A titre d'exemple, la masse de l'électron est de 511 keV/c2, celle du proton de 938 MeV/c2 et celle du neutron est de 940 MeV/c2.
Dans le système d'unités naturelles fréquemment utilisé par les physiciens des particules, dans lequel on pose c=1, on omet d'écrire le «... /c2».

Unité de quantité de mouvement

Suivant le raisonnement précédent, on peut aussi utiliser l'électron-volt comme unité de quantité de mouvement, en eV/c. Ici encore, le système d'unités naturelles permet d'écrire directement cette quantité de mouvement en eV, soit généralement en GeV ou en TeV.

Unité de température

Dans certains domaines, comme la physique des plasmas, il peut être pratique d'utiliser l'électron-volt comme unité de température. Pour effectuer la conversion, on utilise la constante de Boltzmann kB.

{1 \mbox{ eV} \over k_B} = {1,602\ 2\cdot10ˆ{-19}\mbox{ J} \over 1,380\ 650\cdot10ˆ{-23} \mbox{ J/K}} = 11\ 605\mbox{ K}

A titre d'exemple, une température typique de plasma dans une fusion par confinement magnétique est de 15 keV, soit 174 MK (mégakelvins). La température ambiante (∼20 °C) correspond à 1/40e d'électron-volt (0, 025 eV).

Unité de temps

Il arrive aussi qu'on mesure une durée particulièrement brève en électron-volts. En effet, selon la relation de Heisenberg,  {\Delta}E \, \cdot \, {\Delta}t  \ {\ge} \ \frac{\hbar}{2}, on peut faire correspondre un temps à une énergie, et quand cette durée est particulièrement petite (inférieure à l'attoseconde), la mesure est moins significative aux yeux de l'observateur exprimée en secondes qu'en eV. La conversion s'effectue par

\frac{\hbar}\mbox{2 eV} = \frac {1,054\ 571\ 68 \cdot10ˆ{-34} \mbox{ J}\cdot \mbox{s}}{2 \times 1,602\ 2\cdot10ˆ{-19}\mbox{ J}} = 3,291\ 011\ 359\ 38\cdot10ˆ{-16} \mbox{ s}

On rencontre de telles durées surtout dans les demi-vies de noyaux exotiques. A titre d'exemple, la demi-vie du 8C est de 230 keV, soit 1, 43·10-21 s.

Notes et références

  1. La graphie avec un trait d'union est celle de l'Académie française, Entrée électron-volt

Voir aussi

Liens externes

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 30/11/2010.
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