電子ボルト(eV)の意味とJ、MeV、kgなどへの変換

  • 電子ボルト(eV)とは、非常に小さいエネルギーの単位です。
  • 1eV はおよそ $1.602\times 10^{-19}\:\mathrm{J}$
  • eV と keV、MeV、GeV、kg の関係も解説します。

電子ボルト(eV)とは

1eV(1電子ボルト)は1Vの電圧で1個の電子を加速するときに、電子が得る運動エネルギーの大きさとして定義されます。

eV の e は「電子(electron)」を表します。
eV の V は「電圧(Volt)」を表します。

エネルギーの単位としては、他に「cal(カロリー)」や「J(ジュール)」などがありますが、それらと比べて電子ボルトは非常に小さなエネルギーを表すのに使われます。

電子ボルト(eV)とジュールの換算

1eV はおよそ $1.602\times 10^{-19}\:\mathrm{J}$
です。この理由を説明します。

まず、電子の電荷量(電荷素量)は,およそ $1.602\times 10^{-19}\:\mathrm{C}$ であることが知られています。

よって、電位差によって荷電粒子が得るエネルギーは、
電位差 $\times$ 電荷量
なので、1V の電位差によって電子が得るエネルギーは、
$1$ $\times$ $1.602\times 10^{-19}$
$=1.602\times 10^{-19}\:\mathrm{J}$
となります。

参考:ジュールとカロリーの意味と換算ツール

keV、MeV、GeVという単位

keV(キロ電子ボルト)は eV の 1000 倍を表します。
1keV=1000eV
1keV$\fallingdotseq 1.602\times 10^{-16}\:\mathrm{J}$
※kは小文字です。

MeV(メガ電子ボルト)は eV の 100 万倍を表します。
1MeV=100万eV
1MeV$\fallingdotseq 1.602\times 10^{-13}\:\mathrm{J}$
※Mは大文字です。

GeV(ギガ電子ボルト)は eV の 10 億倍を表します。
1GeV=10億eV
1GeV$\fallingdotseq 1.602\times 10^{-10}\:\mathrm{J}$
※Gは大文字です。

MeV/c^2、GeV/c^2 を kg に直す

質量(重さ)の単位として、$\mathrm{MeV/c^2}$ や $\mathrm{GeV/c^2}$ というものが使われる場合があります。

$1\:\mathrm{MeV/c^2}\fallingdotseq 1.78\times 10^{-30}\:\mathrm{kg}$
です。$c$ は光速を表します。実際、$c\fallingdotseq 2.9979\times 10^8\:\mathrm{m/s}$ なので、
$1\:\mathrm{MeV/c^2}\\
\fallingdotseq 1.602\times 10^{-13}\:\mathrm{J}\div(2.9979\times 10^8\:\mathrm{m/s})^2\\
\fallingdotseq 1.78\times 10^{-30}\:\mathrm{kg}$
となります。

同様に、
$1\:\mathrm{GeV/c^2}\fallingdotseq 1.78\times 10^{-27}\:\mathrm{kg}$
となります。

次回は 周波数の単位Hz、kHz、MHz、GHzの意味 を解説します

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