電子ボルト

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電子ボルト
(エレクトロンボルト)
記号 eV
SI併用単位(SI単位で表される数値が実験的に得られるもの)
エネルギー
SI 1.6021766208(98)×10−19 J[1]
定義 電子1個を1Vの電位差で加速したときのエネルギー
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物理学において、電子ボルト(エレクトロンボルト、: electron volt、記号:eV[2][3]とはエネルギー単位の一つを指す。

素電荷をもつ荷電粒子が、1 V電位差を抵抗なしに通過すると 1 eV のエネルギーを得る。

概要[編集]

自由空間内で電子一つが 1 V の電圧で加速されるときのエネルギーを 1 eV と書き 1 電子ボルト(エレクトロンボルト、electron volt)と呼ぶ[4]原子核物理学に限らず物性物理学から高エネルギー物理学、あるいは化学半導体工学などの幅広い分野でも使用されるエネルギーの単位である[5]

他のエネルギー単位への換算した場合については、以下の表のとおり。

エネルギーの単位
ジュール キロワット時 電子ボルト 重量キログラムメートル カロリー
1 J = 1 kg·m²/s² ≈0.278×10−6 ≈6.241×1018 ≈0.102 ≈0.239
1 kWh = 3.6×106 = 1 ≈22.5×1024 ≈0.367×106 ≈0.860×106
1 eV ≈0.1602×10−18 ≈44.5×10−27 = 1 ≈16.3×10−21 ≈38.3×10−21
1 kgf·m = 9.80665 ≈2.72×10−6 ≈0.613×1018 = 1 ≈2.34
1 calIT = 4.1868 ≈1.163×10−6 ≈0.261×1020 ≈0.427 = 1


なお、質量を電子ボルトに換算する場合[6]、原子質量単位 1 u はおよそ 931 MeV に相当する[7][8]。また、1 eVボルツマン定数で割り、温度に換算すれば、約 1.16×104 K (= 1 eV/(kB))となる[9]

主な利用場面[編集]

電子ボルトは日常生活ではあまり用いられない単位ではあるが、巨視的な物質や現象を素粒子1個単位から記述するのに便利である。このため学問や産業の現場において、光子電子原子などの持つエネルギーを表す際に広く利用される。以下、代表的な例を幾つか挙げる。

  • 物質中の電子の持つエネルギーを表現する際に用いられる。例えば外部から与えた電界によって全体の電位1 V 変化すると、中の電子のポテンシャルエネルギーが 1 eV 変化することになるため、計算上都合が良い。
    • 物質全般の価電子自由電子などのエネルギーの表現に用いられる。
    • 半導体素子内部のバンド構造の表現に用いられる。
    • プラズマ中の電子(や原子)のエネルギーの記述に用いられる。
    • 放射線治療において線形加速器から照射される電子線のエネルギーの表現に用いられる。この場合、日本においては、1000倍の単位であるkeVを特に「ケブ」、100万倍の単位であるMeVを「メブ」と呼称することがある。
  • 可視光域での光子1個のエネルギーは数eV単位となり、物質との相互作用の取り扱いに便利である。

脚注[編集]

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  1. ^ CODATA(electron volt)
  2. ^ ユニコード記号
    記号 Unicode JIS X 0213 文字参照 名称
    U+32CE - ㋎
    ㋎
    電子ボルト
  3. ^ 高エネルギー領域においては、MeV、GeV、TeV という表記が用いられるが、それぞれ“メブ”、“ジェブ”、“テブ”と呼ぶこともある。
  4. ^ 近角(2013) p.453
  5. ^ 分野によって使用される桁数が大きく異なる。物性分野では数 meV - 数 eV(もっと大きい場合もある)の範囲(1 meVが約10 Kに相当)であり、高エネルギー物理学の分野では数 MeV - 数 GeV(あるいはそれ以上)の範囲での議論がなされる。電子質量は約0.5MeV、陽子質量は約1GeVに相当する。
  6. ^ 質量とエネルギーの等価性(E=mc2)によると、エネルギーと質量の単位は、互いに変換することができる。
  7. ^ CODATA (uev)
  8. ^ なお、1 eV/(c2) は約 1.78×10−36 kg である。| CODATA(evkg)
  9. ^ CODATA(evk3)
    したがって、3/2 eV の平均運動エネルギーをもつ三次元単原子分子理想気体の温度は 11604 K となる。

関連項目[編集]

参考文献[編集]

  • 『理解しやすい物理 物理基礎収録版』 近角 聰信, 三浦 登(編)、文英堂、2013年
  • S.グラストン, M. C. エドランド 『原子炉の理論』 伏見康治, 大塚 益比古(共訳)、1955年