Voir la source de Électronvolt

{{redirect2|MeV|meV|homonymie=MEV|autres=le sigle}}
{{À sourcer| date=décembre 2024}}
En [[physique]] et en [[chimie]], l''''électronvolt''' ou '''électron-volt''' (au pluriel électronvolts ou électrons-volts)<ref group=alpha>La graphie avec un trait d’union est celle de l’[[Académie française]] ([https://www.dictionnaire-academie.fr/article/A9E0730 électron-volt]), mais elle accepte également la graphie électronvolt selon les recommandations proposées par le Conseil supérieur de la langue française. – [règle §1] Soudure des mots composés). Cette dernière forme est celle retenue par le Bureau international des poids et mesures ([https://www.bipm.org/utils/common/pdf/si-brochure/SI-Brochure-9.pdf BIPM], page 33), par les normes ISO 80000, par les normes AFNOR et par les décrets {{n°}}75-1200 ([http://www.legifrance.gouv.fr/jopdf/common/jo_pdf.jsp?numJO=0&dateJO=19751223&pageDebut=13216&pageFin=&pageCourante=13223 23 décembre 1975], page 13223) et 2003-165 ([http://www.legifrance.gouv.fr/jopdf/common/jo_pdf.jsp?numJO=0&dateJO=20030301&pageDebut=03638&pageFin=03646&pageCourante=03642 27 février 2003], page 3642).</ref>, de symbole {{unité|eV}}, est une [[unité d'énergie]] et par [[ellipse (rhétorique)|ellipse]], dans certaines branches de la [[physique]], d'autres [[grandeur physique|grandeurs physiques]] comme la [[masse]] et la [[température thermodynamique|température]].

== Définition et usages ==
La valeur de l’électronvolt est définie comme étant l'[[énergie cinétique]] acquise par un [[électron]] accéléré depuis le repos par une [[Potentiel électrique|différence de potentiel]] d'un [[volt]] : {{unité|1 eV}} = ({{unité|1|[[charge élémentaire|''e'']]}}) × ({{unité|1|[[volt|V]]}}), où ''e'' désigne la [[valeur absolue]] de la [[charge électrique]] de l'électron (ou [[charge élémentaire]]). Un électronvolt est égal à<ref>{{Ouvrage|auteur institutionnel=[[Bureau international des poids et mesures]]|titre=Le Système international d'unités (SI)|lieu=Sèvres|éditeur=BIPM|année=2019|numéro d'édition=9|pages totales=216|format=pdf|passage=33|isbn=978-92-822-2272-0|lire en ligne=https://www.bipm.org/utils/common/pdf/si-brochure/SI-Brochure-9.pdf|numéro chapitre=4|titre chapitre=Unités en dehors du SI dont l'usage est accepté avec le SI}}.</ref> :
:1 eV = {{unité|1.602176634 e-19|[[joule|J]]}}.

C'est une unité hors [[Système international d'unités]] (SI), mais [[Unité en dehors du SI dont l'usage est accepté avec le SI|son usage est accepté avec lui]]. Sa valeur est obtenue expérimentalement.

:<math>1\;\mathrm{eV}=\sqrt{\frac{2h\alpha}{\mu_0c}}\;\mathrm{J/C}</math>
où :
:''h'' = {{unité|6,62607015 e-34 J s}} est la [[constante de Planck]] ;
:''α'' = {{unité|7,2973525664(17) e-3}} ([[Grandeur sans dimension|sans dimension]]) est la [[constante de structure fine]] ;
:''μ''{{ind|0}} = {{unité|4π|e=-7|[[henry (unité)|H]]/m}} est la [[perméabilité magnétique]] du [[vide (physique)|vide]] ;
:''c'' = {{unité|2,99792458 e8 m/s}} est la [[vitesse de la lumière]] dans le vide ;
:J est le symbole du [[joule]] ;
:C est le symbole du [[coulomb]].

On utilise l'électronvolt notamment en [[physique des particules]] pour exprimer les [[Niveau d'énergie|niveaux d'énergie]] rencontrés dans les [[Accélérateur de particules|accélérateurs de particules]] et la [[fusion nucléaire|fusion thermonucléaire]], en physique des [[semi-conducteur]]s pour exprimer le [[bande interdite|gap]] de ceux-ci ou en physique des plasmas :

'''[[Préfixes du Système international d'unités|Sous-multiple et multiples usuels]] :'''
* 1 meV = {{nb|e-3 eV}} = {{unité|1.602177 e-22 J}}
* 1 keV = {{nb|e3 eV}} = {{unité|1.602177 e-16 J}}
* 1 MeV = {{nb|e6 eV}} = {{unité|1.602177 e-13 J}}
* 1 GeV = {{nb|e9 eV}} = {{unité|1.602177 e-10 J}}
* 1 TeV = {{nb|e12 eV}} = {{unité|1.602177 e-7 J}}
'''[[Préfixes du système international d'unités|Autres multiples]] :'''
* 1 PeV = {{nb|e15 eV}} = {{unité|1.602177 e-4 J}}
* 1 EeV = {{nb|e18 eV}} = {{unité|0.1602177 J}}
* 1 ZeV = {{nb|e21 eV}} = {{unité|160.2177 J}}
* 1 YeV = {{nb|e24 eV}} = {{unité|1.602177 e5 J}} = {{unité|0.0445049 kWh}}
* 1 ReV = {{nb|e27 eV}} = {{unité|1.602177 e8 J}} = {{unité|44.5049 kWh}}
* 1 QeV = {{nb|e30 eV}} = {{unité|1.602177 e11 J}} = {{unité|44504.9 kWh}}

Dans certains documents relativement anciens, on peut voir la notation « BeV », pour {{traduction|langue=en|billion electronvolt|milliard d'électronvolts}} : le BeV équivaut au GeV (gigaélectronvolt).

En chimie, certaines mesures d'énergie spécifiques, en particulier le [[potentiel électrochimique]], le potentiel d'extraction des éléments, l'[[énergie d'ionisation]] des atomes gazeux ou autres molécules en [[atomistique]], l'[[énergie thermique]] des molécules, sont assez souvent exprimées en {{nb|eV}}<ref group=alpha>Le potentiel d'extraction des éléments concerne une mesure d'énergie de cohésion caractéristique des corps simples minéraux, à structure cristalline ou polycristalline. Des atomes, groupes ou plans atomiques peuvent être arrachés lors de mesures de spectrométrie UV sous vide. Les potentiels d'électrode normaux, par exemple en solution aqueuse à {{nb|298 K}}, en électrochimie sont l'équivalent de forces électromotrices cellulaires ou de tensions caractéristiques de réactions redox exprimées en volts. Toutefois une tradition anglo-saxonne les assimile à une énergie exprimée en eV</ref>.
: 1 eV = {{unité|96.485 [[kilojoule par mole|kJ/mol]]}} ou {{unité|23.06 kcal/mol}}

== Substitution d'autres unités par l'électronvolt ==
=== Unité de masse ===
De la relation d'[[Albert Einstein|Einstein]] [[E=mc2|<math>E=m\,c^2</math>]], on déduit :
:<math>\frac{1\;\mathrm{eV}}{c^2}=\rm \frac {1{,}602\,176\,634 \times 10^{-19}\; J} {(299\,792\,458\; m/s)^2} = 1{,}783 \times 10^{-36} \; J \; s^2 \; m^{-2} = 1{,}783 \times 10^{-36} \; kg</math>

Par exemple, la masse de l'[[électron]] est de {{nb|511 keV}}/''c''{{2}}, celle du [[proton]] de {{nb|938 MeV}}/''c''{{2}} et celle du [[neutron]] est de {{nb|940 MeV}}/''c''{{2}}<ref>{{Ouvrage |auteur1=R. Taillet |auteur2=L. Villain |auteur3=P. Febvre |titre=Dictionnaire de physique |éditeur=De Boeck Supérieur |année=2018 |passage=454 (table 32) |isbn= |lire en ligne=https://books.google.fr/booksid=pjlFDwAAQBAJ&pg=PA454&lpg=PA454&dq=masse+electron+KeV/c2&source=bl&ots=XoIlNsruWX&sig=wvmv3u_MMPHO4BpaMlB4wVmREX0&hl=fr&sa=X&ved=0ahUKEwji_9jc1dLZAhUssKQKHUzSB7EQ6AEIfzAJ#v=onepage&q=masse%20electron%20KeV%2Fc2&f=false}}.</ref>.

Dans le [[système d'unités naturelles]] souvent utilisé par les physiciens des particules, dans lequel on pose ''c'' = 1, on omet d'écrire le « /''c''{{2}} ».

=== Unité de quantité de mouvement ===
Suivant le raisonnement précédent, on peut également utiliser l'électronvolt comme unité de [[quantité de mouvement]], en eV/''c''. Là encore, le [[système d'unités naturelles]] permet d'écrire directement cette quantité de mouvement en {{nb|eV}}, soit en général en {{nb|GeV}} ou en {{nb|TeV}}.

=== Unité de température ===
Dans certains domaines, comme la [[physique des plasmas]], il peut être pratique d'utiliser l'électronvolt comme unité de température. Pour effectuer la conversion, on utilise la [[constante de Boltzmann]] ''k''{{ind|B}}.

:<math>\frac {1 \; \mathrm{eV}} {k_\mathrm B} = \rm \frac{1{,}602\,176\,634 \times 10^{-19} \; J}{1{,}380\,649 \times 10^{-23} \; J/K} = 11\,605 \; K</math>

Par exemple, une température typique de plasma dans une [[fusion par confinement magnétique]] est de {{nb|15 keV}}, soit {{nb|174 MK}} ([[kelvin|mégakelvins]]). La température ambiante (~{{tmp|20|°C}}) correspond à 1/40 d'électronvolt ({{nb|0,025 eV}}).

=== Unité de temps ===
{{Section travail inédit| date=2( décembre 2024}}
Il arrive également que l'on mesure une durée très brève en électronvolts. En effet, d'après la [[Principe d'incertitude#Relation temps-énergie|relation de Heisenberg]], <math>\Delta E \cdot \Delta t \ {\ge} \ \frac{\hbar}{2}</math>, on peut faire correspondre un temps à une énergie, et lorsque cette durée est très petite (inférieure à l'[[Seconde (temps)|attoseconde]], soit {{unité|e-18 s}}), la mesure est moins significative aux yeux de l'observateur exprimée en secondes qu'en eV. La conversion s'effectue par :

<math> \frac{\hbar}{2} \rm \frac{1}{eV} = \frac {1{,}054\,571\,818 \times 10^{-34}\; J \; s}{2 \times 1{,}602\,176\,634 \times 10^{-19} \;J} = 3{,}291\,059\,784 \times 10^{-16} \; s</math>

On rencontre de telles durées notamment dans les [[demi-vie]]s de [[noyau exotique|noyaux exotiques]]. Par exemple, la demi-vie du {{8}}C est de {{Unité|230 keV}}, soit {{Unité|1.43 e-21 s}}.

Par souci de commodité, il est fréquent d'omettre le facteur 2 dans les calculs impliquant plusieurs unités. Ainsi, la conversion devient ''ħ''/eV = {{unité|6.582119 e−16 s}}

=== Unité de longueur ===
{{Section travail inédit| date=2( décembre 2024}}
Il arrive également que l'on mesure l'énergie des photons en électronvolts.
:<math>E = \frac{h c}{\lambda}</math> soit : <math>\lambda = \frac{h c}{E}</math>
or ''h'' la constante de Planck vaut :
:<math>h = \rm 6{,}626\,070\,15 \times 10^{-34}\; J \; s = 4{,}135\,667\,697 \times 10^{-15}\; eV \; s</math>
et ''c'' la vitesse de la lumière est de {{unité|299792458|m||s|-1}}.

Donc un [[photon]] de {{unité|1 eV}} aura une [[longueur d'onde]] de {{unité|1.239841875 µm}}. En pratique, on calcule une longueur d'onde de {{unité|1.24 nm}} pour un photon d'{{unité|1 keV}}.

Dans les calculs impliquant plusieurs unités, il est préférable d'utiliser ''ħ'' plutôt que ''h.'' La formule pour calculer la vitesse de la lumière reste une distance divisée par un temps (donc, sans ajustement par un facteur 2 &pi;).

== Notes et références ==
=== Notes ===
{{Références| groupe=alpha}}

=== Références ===
{{Références}}

== Voir aussi ==
{{Autres projets| wikt=électron-volt}}

=== Articles connexes ===
* [[Préfixes du Système international d'unités]]
* [[Prout (unité)]], ancienne unité.

=== Liens externes ===
* {{en}} [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/ev.html Présentation sur hyperphysics]
* {{en}} [http://web.utk.edu/~rcompton/constants Constantes de base avec tableau de conversion des unités d'énergie]

{{portail|physique|Énergie}}

[[Catégorie:Unité d'énergie|Electron-volt]]
[[Catégorie:Unité de mécanique|Electron-volt]]
[[Catégorie:Unité de chimie|Electron-volt]]
[[Catégorie:Unité de physique nucléaire|Electron-volt]]
[[Catégorie:Unité non-SI tolérée par le CIPM]]