Wann verwendet man eV und wann Joule?
Hi Leute, ich bin gerade etwas verwirrt. eV und J kann man ja ineinander umrechnen. Wann weiß ich aber ob ich wenn ich beispielsweise Ekin = 0,5mv^2 nach v auflösen will, ob ich für Ekin dann J oder eV einsetzen soll?
Vielen Dank im Voraus. LG
3 Antworten
Es ist eine Frage der Anwendung.
Ein Joule als 1 J = 1 Nm ist eine sehr gut in der klassischen Mechanik oder in der allgemeinen Chemie anwendbare Einheit. Bezogen auf die SI-Grundeinheiten ist 1 J = 1 kg * m² / s²
In der Elektrostatik (bzw. der quasistatischen Elektrodynamik) ist 1 J = 1 V * A * s sehr praktisch.
In der Elektrodynamik, der Astronomie, Quantenmechanik und in der Mechanik wird manchmal auch noch 1 J = 10⁷ erg = 10⁷ cm² * g / s² eingesetzt, wenn es die Metrik besser wiedergibt als das Meter-Kilogramm-Sekunde-System.
Und schließlich in sowohl in der Atom- und Kernphysik, der Quantenmechanik als auch teilweise in der Astrophysik wird 1 eV = 1,602176634 * 10 ⁻¹⁹ J als "vollkommen krummes Verhältnis" zu Joule eingesetzt, weil hier der Bezug auf eine Elementarladung die Metrik deutlich vereinfacht.
Dabei sei immer im Gedächtnis behalten, dass 1 eV eine unheimlich kleine Einheit ist und ich die Erwärmung einer Tasse Kaffee besser in Joule benenne.
Überlege, was der Zweck Deiner Berechnung ist und welche Einheiten dafür am praktischsten sind. Du kannst beides machen, aber Du mußt dann auch die Masse in einer dazu passenden Einheit einsetzen und Dir darüber klar sein, daß v in einer daraus folgenden Einheit herauskommt.
Das sind die beiden in Deinem Fall naheliegendsten Möglichkeiten:
• Wenn man J für die Energie einsetzt und kg für die Masse, dann kommt die Geschwindigkeit in m/s heraus. Das ist meistens das, was man will. Es funktioniert, weil das Joule als J = kg·m^2/s^2 definiert ist.
• Wenn man eV für die Energie einsetzt, dann setzt man die Masse in eV/c^2 ein (diese Einheit entspricht 1,783·10^-36 kg). Die Geschwindigkeit kommt dann in c heraus, d.h. die Lichtgeschwindigkeit ist die Einheit. Dieses Einheitensystem wird in der Teilchenphysik verwendet.
Damit Du die innere Logik beider Vorgehensweisen siehst:
Aus E = (1/2)·m·v^2 bekommst Du v = √(2·E/m). Als Einheitengleichung kann man diese v-Gleichung in den beiden Systemen so schreiben:
m/s = √(J / kg) = √((kg·m^2/s^2) / kg)
c = √(eV / (eV/c^2))
Joule ist die passende SI-Einheit, die in der Mechanik zu Meter, Kilogramm und Sekunde passt.
Das Elektronenvolt ist da hilfreich, wo kleine Ladungen in elektrischen Feldern beschleunigt werden. Ein Elektron hat nach dem Durchlaufen einer Potentialdifferenz von 10 Megavolt die Energie von 10 Megaelektronenvolt.