Энергия электрона. Откуда Электрон берет энергию,, чтобы вечно вращаться вокруг ядра?

Энергия электрона. Откуда Электрон берет энергию,, чтобы вечно вращаться вокруг ядра?

Ниоткуда. Она ему не нужна, поскольку он вокруг ядра не вращается.

Электрон, казалось бы, должен бесконечно вращаться вокруг ядра, как луна вокруг земли. Так было бы, не имей электрон заряда. Двигаясь по кругу с постоянной скоростью, он все же меняет скорость, поскольку меняется направление. Но заряженная частица, скорость которой непостоянна, излучает электромагнитные волны, то есть теряет энергию. Однако электрон почему-то не излучает. Дело в том, что он в описанной схеме выступает как частица, а на самом деле является одновременно и частицей, и волной. Волна же бывает бегущая и стоячая. Например, от камешка, упавшего в море, - бегущие, а если камешек упадет в таз с водой, то бегущая к стенкам волна сложится с той, что от них отразилась, и возникнет стоячая волна: горбы и впадины "Стоят" на месте. Нечто подобное происходит и в атоме, только стенки здесь две: одна - ядро, роль другой выполняет сила электрического притяжения между ядром и электроном, не позволяющая электрону улететь. Орбита электрона - место, где амплитуда "Электронной" стоячей волны максимальна. И оставаться на ней он может сколь угодно долго, поскольку здесь нет никакого изменения скорости, а значит, и излучения. Источник: журнал "Вокруг Света".

Заряд электрона. Опыты Милликена и Иоффе

Американский ученый Р. Милликен экспериментально доказал то, что элементарный заряд существует. В своих опытах он измерял скорость движения капель масла в однородном электрическом поле, которое создавалось между двумя электрическими пластинами. Капля заряжалась при столкновении с ионом. Сравнивались скорости движения капли не имеющей заряда и этой же капли после столкновения с ионом (приобретшей заряд). Зная напряженность поля между пластинами, вычислялся заряд капли.

Опыты Милликена повторил А.Ф. Иоффе. Он использовал металлические пылинки вместо капель масла. Изменяя напряженность поля между пластинками, Иоффе добивался равенства силы тяжести и силы Кулона, пылинка при этом оставалась неподвижной. Пылинку освещали ультрафиолетом. Заряд ее при этом изменялся, для уравновешивания силы тяжести приходилось изменять напряженность поля. По полученным величинам напряженности ученый судил об отношении электрических зарядов пылинки.

В опытах Милликена и Иоффе было показано, что заряды пылинок и капель всегда изменялись скачком. Минимальное изменение заряда было равно:

Электрический заряд всякого заряженного тела равен целому числу и кратен заряду электрона. Сейчас существует мнение, что имеются элементарные частицы – кварки, которые обладают дробным зарядом ().

Энергия сродства к электрону

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Зависимость сродства к электрону атома от атомного номера элемента (экзоэффект указан со знаком минус, эндоэффект со знаком плюс)

Эне́ргией сродства́ а́тома к электро́ну , или просто его сродством к электрону (ε), называют энергию, выделяющуюся или поглощающуюся в процессе присоединения электрона к свободному атому в его основном состоянии с превращением его в отрицательный ион A−(сродство атома к электрону численно равно, но противоположно по знаку энергии ионизации соответствующего изолированного однозарядного аниона).

В отличие от ионизационного потенциала атома , имеющего всегда эндоэнергетическое значение, сродство атома к электрону описывается как экзоэнергетическими, так и эндоэнергетическими значениями.

Таблица 1 Энергия сродства некоторых атомов к электрону, эВ

Элемент	ε	Элемент	ε	Элемент	ε
H	-0,75	Na	-0,78	K	-0,92
He	0,30	Mg	0,32	Ca	0,40
Li	-0,58	Al	-0,52	Sc	0,14
Be	0,19	Si	-1,39	Ti	-0,40
B	-0,33	P	-0,78	V	-0,94
C	-1,12	S	-2,07	Cr	-0,98
N	0,27	Cl	-3,61	Mn	1,07
О	-1,47	Br	-3,36	Fe	-0,58
F	-3,45	I	-3,06	Co	-0,94
Ne	0,55			Ni	-1,28
				Cu	-1,80

Сродство к электрону определяет окислительную способность частицы. Молекулы с большим сродством к электрону являются сильными окислителями. Наибольшим сродством к электрону обладают элементы 17 группы ( p -элементы VII группы). Наименьшее сродство к электрону у атомов с конфигурацией s2( Be , Mg , Zn ) и s2p6( Ne , Ar ) или с наполовину заполненными p - орбиталями ( N , P , As ):

Небольшие расхождения в цифрах между табл. 1 и табл. 2 обусловлены тем, что данные взяты из разных источников, а также погрешностью измерений.

Наибольшее значение сродства к электрону имеет гексафторид платины : 7,00±0,35 эВ.

Кинетическая энергия электрона •

Скачать презентацию Кинетическая энергия электрона •

13 плотность состояний.ppt

• Количество слайдов: 8

Кинетическая энергия электрона • закон дисперсии свободного электрона

Соотношение неопределенностей Принцип неопределенности Гейзенберга : произведение неопределенностей двух канонически сопряженных величин не может быть меньше постоянной Планка Соотношение неопределенностей характеризует область пространственной локализации микрочастицы при заданном интервале проекций импульсов

Для направления x соотношение неопределенностей имеет вид : произведение неопределенностей проекций координаты dх и импульса dрх на ось x для любой микрочастицы больше или равно постоянной Планка

Для трех пространственных координат соотношение неопределенностей Их произведение дает Определим фазовую ячейку в шестимерном пространстве координат-импульсов, «разрешенную» частице, следующим условием

Плотность электронных состояний Число фазовых ячеек d. Z в объеме координатного пространства d. V и в объеме трехмерного пространства импульсов dpxdpydpz равно Плотность фазовых ячеек (в единичном объеме трехмерного пространства) в объеме трехмерного пространства импульсов dpxdpydpz равна

• Найдем плотность фазовых ячеек dz внутри шарового слоя в пространстве импульсов. • Этот слой ограничен сферами с радиусами р + dp

Объем шарового слоя равен К инетическая энергия частицы свободной частицы равна полной энергии Е , так как потенциальная энергия свободной частицы равна нулю.

Число фазовых ячеек, приходящихся на интервал энергии d. E С учетом 2 -х спиновых состояний электронов число фазовых ячеек в единичном интервале энергии равно плотность электронных состояний Зависимость плотности состояний от энергии E свободных электронов

Почему Электрон теряет кинетическую энергию при излучении. Откуда электрон берет энергию, чтобы вечно вращаться вокруг ядра?

ПОДЕЛИТЬСЯ

Ниоткуда. Она ему не нужна, поскольку он вокруг ядра не вращается

Электрон, казалось бы, должен бесконечно вращаться вокруг ядра, как Луна вокруг Земли. Так было бы, не имей электрон заряда. Двигаясь по кругу с постоянной скоростью, он все же меняет скорость, поскольку меняется направление. Но заряженная частица, скорость которой непостоянна, излучает электромагнитные волны, то есть теряет энергию. Однако электрон почему-то не излучает. Дело в том, что он в описанной схеме выступает как частица, а на самом деле является одновременно и частицей, и волной. Волна же бывает бегущая и стоячая. Например, от камешка, упавшего в море, — бегущие, а если камешек упадет в таз с водой, то бегущая к стенкам волна сложится с той, что от них отразилась, и возникнет стоячая волна: горбы и впадины «стоят» на месте. Нечто подобное происходит и в атоме, только стенки здесь две: одна — ядро, роль другой выполняет сила электрического притяжения между ядром и электроном, не позволяющая электрону улететь. Орбита электрона — место, где амплитуда «электронной» стоячей волны максимальна. И оставаться на ней он может сколь угодно долго, поскольку здесь нет никакого изменения скорости, а значит, и излучения.

Энергия альфа частицы. Энергия образования

Чтобы рассчитать энергию образования альфа-частицы, следует воспользоваться знаменитым уравнением Эйнштейна, которое связывает массу и энергию через одну из фундаментальных постоянных нашей Вселенной - скорость света. Это уравнение имеет вид: E = mc2, где E - энергия, m - масса, c - скорость света в вакууме.

Зная, что при образовании альфа-частицы масса ее компонентов уменьшается на 0,015 * 10-27кг, а также зная, что скорость света составляет 3 * 108м/с, получаем энергию, которая выделяется во время этого процесса. Она равна E = 0,015 * 10-27* 9 * 1016= 1,35 * 10-12Дж. В физике элементарных частиц принято энергии записывать в электрон-вольтах (эВ). Один электрон-вольт равен 1,602177 * 10−19Дж. Тогда энергия образования альфа-частицы равна 8,426 * 106эВ, или 8,426 МэВ (мегаэлектрон-вольт).

Чтобы понять, насколько велика эта энергия, можно провести простой расчет. Представим, что вся энергия образования альфа-частицы переводится на ее ускорение. Пользуясь уравнением Лоренца для нерелятивистских скоростей, то есть полагая, что кинетическая энергия-альфа частицы равна mv2/2, где v - скорость ее движения, получаем, что этой энергии образования будет достаточно, чтобы разогнать альфа-частицу до скорости 2 * 107м/c, что составляет 6,7 % от скорости света в вакууме. Отметим, что задавать вопрос о том, на сколько увеличится масса альфа-частицы при таких скоростях, не имеет смысла, поскольку увеличением ее массы можно пренебречь, так как она составит всего 0,015/6,68 * 100 = 0,2 %.

Масса электрона – мал золотник да дорог

Если навскидку попросить 100 человек назвать хотя бы три известные элементарные частицы, то, возможно, не все назовут все три, но никто не забудет назвать чемпиона по популярности - электрон. Маленький, самый легкий среди несущих заряд частиц, вездесущий и…, к сожалению, «отрицательный», он входит в состав любого вещества на Земле и уже этим заслуживает особое к себе отношение. Название частицы возникло еще в древней Греции от греческого слова «янтарь» - материал, который любили древние за его способность притягивать мелкие предметы. Затем, когда исследования электричества получили больший размах, термин «электрон» стал означать неделимую, а значит, и наименьшую единицу заряда.

Вечную жизнь электрону, как неотъемлемой частичке вещества, подарила группа физиков, руководимая Дж. Дж.Томсоном. В 1897 г. они, исследуя катодные лучи, определили, как относится масса электрона к его заряду, и установили, что это отношение не зависит от материала катода. Следующий шаг в познании природы электрона сделал Беккерель в 1900 г. В его эксперименте было доказано, что бета-лучи радия также отклоняются в электрическом поле, и у них отношение массы к заряду одинаковое с катодными лучами. Это стало неоспоримым доказательством того, что электрон – это «самостоятельный кусочек» атома любого вещества. А потом, в 1909 г., Роберт Милликен в опыте с капельками масла, которые падали в электрическом поле, сумел измерить электрическую силу, уравновешивающую силу тяжести. Тогда же стала известной величина элементарного, т.е. наименьшего, заряда:

eo = - 1,602176487(49) * 10-19 Кл.

Этого стало достаточно, чтоб была вычислена масса электрона:

me = 9,10938215(15) * 10-31кг.

Казалось бы, вот теперь порядок, все позади, но это было только начало длинного пути познания природы электрона.

Долгое время тупиком физики была еще не доказанная, но все более заявляющая о себе двуликая сущность электрона: его квантово-механические свойства указывали на частицу, а в экспериментах по интерференции электронных пучков на параллельных щелях проявлялась волновая природа. Момент истины настал в 1924 г., когда сначала Луи де Бройль наделил все материальное, и электрон тоже, волнами, названными его именем, а через 3 года Паули завершил формирование исходных понятий квантовой механики, описывающих квантовую природу частиц. Затем наступил черед Эрвина Шредингера и Поля Дирака – дополняя друг друга, они нашли уравнения для описания сущности электрона, в которых масса электрона и постоянная Планка, квантовые величины, нашли свое отражение через волновые характеристики - частоту и длину волны.

Безусловно, такое двуличие элементарной частицы имело далеко идущие последствия. Со временем стало понятно, что характеристики свободного электрона вне вещества (как пример - катодные лучи) - это совсем не то же самое, что у электрона в виде электрического тока в кристалле. Для свободного электрона его масса известна как «масса покоя электрона». Физическая природа различия масс электрона в разных условиях вытекает из того факта, что его энергия зависит от насыщения магнитным полем пространства, в котором он движется. Более глубокие «разборки» показывают, что величина магнитного поля движущихся в проводнике электронов, точнее, протекания тока в веществе, зависит не от величины заряда носителей тока, а от их массы. Но, с другой стороны, удельная энергия магнитного поля равна плотности кинетической энергии движущихся зарядов, а рост этой энергии фактически эквивалентен увеличенной массе носителей заряда, которую назвали «эффективная масса электрона». Аналитически было определено, что она больше массы свободного электрона в a/2λ раз, где a – расстояние между плоскостями, ограничивающими проводник, λ - глубина скин-слоя магнитного поля.

В физике элементарных частиц масса электрона является одной из опорных констант. Биография электрона не закончилась – всегда актуальны и востребованы исследования, где он выступает непременным участником. Уже давно стало ясно, что хоть и маленький, элементарный, а Вселенной без него – ни шагу.