La maggior parte delle grandezze fisiche ha una unità di misura. Probabilmente conosci già le unità FONDAMENTALI per lunghezza, massa e tempo: metri (m), kilogrammi (kg), e secondi (s) Probabilmente conosci anche l’unità di misura per l’energia: il joule (J). Questa unità è derivata da quelle FONDAMENTALI di lunghezza, massa e tempo.

Per vedere come funziona, considera la formula dell’energia di moto (energia cinetica): Energia cinetica = ½mv 2 Una massa di 2 kg in moto a 1 m/s ha Energia cinetica = ½(2 kg)×(1 m/s) 2 = 1 kg m 2 /s 2 = 1 joule Diciamo che l’unità joule è derivata dalle unità metri, kilogrammi e secondi: 1 J = 1 kg m 2 /s 2

Per avere un’idea di quanta energia rappresenti un joule, 100 J di energia… …alzerebbero la temperatura di 10 ml d’acqua di circa 2.4°C …sarebbe l’energia di moto (energia cinetica) di un disco di hockey che viaggia a circa 125 km/h …sarebbe l’energia che otteresti dalla combustione completa di circa 2 mg di benzina

Benchè il joule sia adatto per misurare le quantità di energia che incontriamo nell’esperienza quotidiana, esso è una unità troppo grande per misurare l’energia di piccole particelle. Invece, i fisici usano un’altra unità chiamata: elettronvolt (eV).

…tu potresti dare a un elettrone 1.5 elettronvolt di energia. Con una batteria da 9 volt, 9 elettronvolt, e così via. Per avere un’idea di quanta energia rappresenti un elettronvolt, se prendessi una una comune batteria da 1.5 volt dalla tua calcolatrice (e fossi abbastanza bravo da usarla per costruire un piccolo acceleratore di particelle)…

Per convertire da joule a elettronvolt, devi dividere per 1.60×10  19. * Così 1 joule di energia è equivalente a un gigantesco 6.25×10 18 eV. Oppure, per dirla in altro modo, 1 eV = 1.60×10  19 J. * Questo fattore di conversione è la carica dell’elettrone, misurata in un’altra unità detta coulomb.

Quando si tratta della massa, anche il kilogrammmo è un’unità troppo grande da usare per le particelle. I fisici spesso usano unità di energia (eV) per esprimere la massa, dato che hai visto che massa e energia sono legate dalla formula E = mc 2.

Per vedere come funziona, possiamo fare un breve calcolo: La massa dell’elettrone è 9.1×10  31 kg. Se mettiamo la massa dell’elettrone nella formula E = mc 2, otteniamo: E = (9.1×10  31 kg) ×(3×10 8 m/s) 2 = 8.2×10  14 J ≈ eV = 0.51 MeV (Nota: Per 1.0 kg otterremmo 9.0×10 16 joule = 5.6×10 35 eV !)

Ora, facendo lo stesso calcolo per due volte la massa di un elettrone: 2 × (9.1×10  31 kg) = 1.8×10  30 kg (≈ 10  30 kg) L’energia dei due elettroni sarebbe: 2 × 0.51 MeV = 1.02 MeV (≈ 1 MeV) Questo ci dà un comodo fattore di conversione approssimato: 1 MeV di energia per ogni 10  30 kg di massa.