Mennyi 1 eV?:

Az egeret az alábbi képre húzva animáció tűnik elő!

Ha egy +e töltésű részecskét (pl. egy p protont) 1 V feszültségkülönbségű elektródpár közé juttatunk, akkor annak kezdeti E kinetikus energiája (kedvező esetben) éppen 1 eV-vel fog megnövekedni. Ehhez az kell, hogy a proton kezdeti sebességvektora (mozgásiránya) pontosan a rá ható gyorsító erő irányába mutasson. Ugyanaz az elektródpár a -e töltésű e elektront is 1 eV energiával gazdagítja, ha az a túloldalról lép be az elektródok közé. Az animáció tehát egy egyszerű lineáris gyorsító működését példázza ebben a speciális esetben. Általánosabban: ha egy q = Ze töltésű részecske olyan két pont között gyorsul, melyek közt a feszültségkülönbség U, akkor az energiája éppen ZeU = Z(U/V) eV értékkel fog megnőni. Ha a töltött részecske (pl. egy elektron) a fenti animációhoz képest merőleges irányban lép be az elektródok közé, akkor a gyorsító erő eltérítő hatást eredményez. Ezen alapult az egyik “ősi” módszer az alfa-, béta- és gamma-sugárzás megkülönböztetésére, és ezt használják ki az oszcilloszkópokban stb. Érdemes leszögezni, hogy 1 V nagyságrendű feszültséget könnyűszerrel előállíthatunk egy közönséges galvánelem segítségével, melyet valamilyen kémiai folyamat működtet. Nem meglepő tehát, ha azt mondjuk, hogy a kémiai reakciók jellemző energiaváltozása atomi/molekuláris szinten néhány eV nagyságrendű.

A fenti rajzon az animáció sorozatképe látható egyazon “filmkockára” rögzítve. Hasonló felvételsor jellemezné egy test szabadesését is (csak persze függőlegesen), hiszen ilyenkor (rövid távon) ugyanúgy állandó gyorsító erő hat (F = mg) az m tömegre, mint két síkelektród közötti elektromos térben mozgó q töltésre. Természetesen, ha a Föld gravitációja segítségével próbálnánk érzékeltetni azt, hogy mekkora is 1 eV, akkor nem a töltésnek, hanem a tömegnek jutna a főszerep. Ekkor az 1 eV-ot lehetne így is definiálni: az a mozgási energia, amelyre egy hemoglobin tetramer molekula (68 kDa = 68 ku) szert tesz, miután 144,6 métert (~48 emeletnyit) zuhan egy levákuumozott toronyház liftaknájában. Magától értetődik, hogy a molekula bármely nukleonjára mindössze 1/68 000 része esik ennek az energiának, s ez csupán 1,47×10^-5 eV-ra rúg. A molekula egyes elektronjai a 144,6 méteren ~8 neV (8×10^-9 eV) transzlációs energiát kapnának a zuhanástól. A Föld mint “gravitációs gyorsító” egyáltalán nem volna képes 1 eV energiát adni pl. egy protonnak: még a végtelen messzeségből aláhulló proton (vagy H atom) is csak 0,65 eV-ra gyorsulna fel, mire a felszínt elérné. Egy H₂ molekulát viszont elég lenne 27 ezer km távolságban (~20 630 km magasságban) elengedni ahhoz, hogy 1 eV-ra gyorsuljon a légkörétől megfosztott Föld felszínéig.

A fentieknek két fontos tanulsága van. (1) A gravitáció sokkal de sokkal gyengébb hatással van egy (töltött) részecskére, mint egy másik töltés, ill. annak potenciálja. (2) A lineáris gyorsító a tömegtől függetlenül, csakis a töltéssel arányban növeli egy részecske energiáját. Ha azonban atommagokat gyorsítunk abból a célból, hogy a benne lévő nukleonok a céltárgyba csapódva reakciót váltsanak ki, akkor nem a gyorsított mag E energiája, hanem az egy nukleonra eső energia (E/A) értéke lesz a mérvadó.