¿Cuál es la velocidad de los electrones que se mueven dentro y fuera del núcleo atómico? ¿Quién es más rápido que la velocidad de la luz?
Ninguna partícula con masa tiene actualmente una velocidad que pueda igualar la velocidad de la luz.
Entonces, la velocidad de los electrones debe ser menor que la velocidad de la luz.
Dentro del átomo (¡no en el núcleo! No hay electrones en el núcleo), consulte (2) a continuación.
Para explicarlo claramente, enumerémoslos todos como referencia. .
1. La velocidad de los rayos catódicos
En el tercer volumen de física de secundaria (optativa), en el capítulo "Campo magnético", se menciona que los rayos catódicos están compuestos de electrones negativos
La composición de las partículas de la electricidad, es decir, la eyección del cátodo es el flujo de electrones. Deje que estos flujos de electrones entren perpendicularmente en el campo eléctrico uniforme y en el campo magnético uniforme, mutuamente perpendiculares, cambie la intensidad del campo eléctrico o la magnitud de la intensidad de la inducción magnética, de modo que la dirección del movimiento de estas partículas cargadas negativamente permanezca sin cambios, en este momento, la fuerza del campo eléctrico eE es exactamente igual a la fuerza del campo magnético eBv, es decir, eE=eBv, lo que conduce a la velocidad del electrón v=E/B.
En 1894, Thomson utilizó este método para medir que la velocidad de los rayos catódicos era 1/1500 de la velocidad de la luz, que es aproximadamente 2×105 metros/segundo.
2. La velocidad de los electrones que se mueven alrededor del núcleo
En el segundo volumen de física de secundaria, en el descubrimiento de la estructura nuclear, se menciona que los electrones no son atraídos hacia el núcleo
En el núcleo, es porque se mueve alrededor del núcleo a una velocidad muy alta. ¿Qué tan alta es esta velocidad? Según la teoría de Bohr,
las posibles órbitas de los electrones fuera del núcleo del átomo de hidrógeno son rn=n2r1, r1=0,53×10-10 metros. Según la fuerza centrípeta del movimiento del electrón alrededor del núcleo
igual a la fuerza de Coulomb entre el electrón y el núcleo, se puede calcular la velocidad del electrón alrededor del núcleo
v= ((ke2)/(mr1))1 /2,
Sustituyendo los datos, obtenemos v1=2.2×106 metros/segundo. De la misma manera, podemos obtener la velocidad de los electrones en el segundo. y tercer nivel de energía
v2=1,1× 106 metros/segundo v3=0,73×106 metros/segundo; De las figuras anteriores, podemos ver que cuanto más se aleja el electrón del núcleo, menor es su velocidad.
3. Velocidad del fotoelectrón
El fenómeno de los electrones que son emitidos por un objeto bajo la irradiación de luz se llama efecto fotoeléctrico. Los electrones emitidos se llaman luz
¿Cuál es la velocidad de los electrones y fotoelectrones? Según el segundo volumen de física de la escuela secundaria (curso obligatorio), según la ecuación del efecto eléctrico de Einstein mv2/2 = hυ-W, se puede calcular la velocidad máxima de escape de los electrones, como la función de trabajo del cesio. >
3.0×10-19 J, y la longitud de onda utilizada es 0.
Cuando una luz amarilla de 5890 micrones irradia cesio, la ecuación del efecto fotoeléctrico y υ=c/λ
se pueden combinar para calcular la velocidad inicial máxima de los electrones que salen volando de la superficie de cesio vm=((2/m) ·(( ch/λ)-W))1/2, álgebra
La palabra es vm=2.9×105 metros/segundo. Si el cesio se irradia con luz de longitud de onda más corta, la velocidad a la que los electrones salen volando de la superficie del cesio será mayor
. De esto se sabe que cuando diferentes luces irradian diferentes sustancias, la velocidad máxima de los electrones que salen volando cuando se produce el efecto fotoeléctrico también es diferente.
4. La velocidad promedio del movimiento térmico de los electrones libres en conductores metálicos
Debido a que los electrones libres pueden realizar libremente movimientos térmicos irregulares entre redes metálicas, se separan del gas en el contenedor.
Los electrones son muy similares, por eso a estos electrones libres también se les llama gas de electrones. Según la teoría cinética de las moléculas de gas, la velocidad promedio del movimiento térmico de los electrones
_
v=((8kT)/(πm))1/2, donde k es la de Boltz constante, su valor es 1,38×10-23 J/K,
m es la masa del electrón, el tamaño es 0,91×10-30 kg, T es la temperatura termodinámica, asumiendo t=27℃, entonces T=300K,
_
Sustituyendo la fórmula anterior, podemos obtener v=1,08×105 metros/segundo.
5. Tasa de transferencia direccional de electrones libres en conductores metálicos
_
Supongamos que el número de electrones libres por unidad de volumen de un conductor de cobre es n, y los electrones se mueven de manera direccional es v, la cantidad de carga de cada electrón
_
es e y el área de la sección transversal del cable es S. Entonces el número de electrones libres que pasan por la sección transversal del cable en el tiempo t es N=nvtS,
_ _ _
Su carga eléctrica total Q=Ne=nvtSe. Según I=Q/t, obtenemos v=I/neS. Sustituyendo los números, obtenemos v=7,4×10-5 metros/segundo, que es 0,74 mm/segundo.
A partir de los datos anteriores, se puede ver que la velocidad de movimiento direccional de los electrones libres en un conductor (aproximadamente 10-4 m/s) es más rápida que la velocidad promedio de movimiento térmico de los electrones libres.
electrones (aproximadamente 10105 m/s) es aproximadamente 1/109 veces menos. Esto muestra que la corriente está formada por todos los electrones libres del conductor que se mueven a una velocidad muy pequeña. ¿Por qué es esto? Aunque la velocidad de movimiento direccional de los electrones libres en los conductores metálicos es muy pequeña, se superpone a la enorme velocidad de movimiento térmico de los electrones. Simplemente
La velocidad del sonido es muy pequeña. Si el sonido se convierte en una señal de audio y se transporta en una onda electromagnética de alta frecuencia, la velocidad de su propagación hacia afuera es igual. a la velocidad de la luz (c=3×108 metros/segundo). La velocidad de conducción de la corriente eléctrica (igual a la velocidad de propagación del campo eléctrico) es muy grande (igual a la velocidad de la luz).
6. Velocidad de movimiento de los electrones libres en circuitos de CA
Cuando hay un campo eléctrico en el metal, cada electrón libre se verá afectado por la fuerza del campo eléctrico, haciendo que los electrones se muevan. moverse en la dirección de
La dirección opuesta a la intensidad del campo provoca un movimiento direccional acelerado en relación con la red cristalina. Este movimiento direccional acelerado se superpone al caótico movimiento térmico de los electrones. Para un determinado electrón, la dirección del movimiento de superposición es difícil de determinar.
Pero para una gran cantidad de electrones libres, la dirección de velocidad promedio direccional del movimiento de superposición es en la dirección opuesta al campo eléctrico.
Cambios en el tamaño del campo eléctrico o eléctrico
Cuando cambia la dirección del campo, cambian tanto la magnitud como la dirección de su velocidad promedio. Para electricidad de corriente alterna de 50 Hz
, se puede deducir que la velocidad direccional de los electrones libres v=-(eεmτ/m)sin(t-ψ), τ es electricidad libre
El tiempo de colisión de la subred es del orden de 10 a 14 segundos. La fuerza resultante ejercida sobre el electrón es F=-2eεmsin(ψ/2)cos(ωt-ψ/2),
Es decir, la fuerza ejercida sobre el electrón satisface F=-kx. Esto muestra que los electrones libres realizan un movimiento armónico simple en un circuito de CA. La velocidad máxima del movimiento direccional de los electrones
es:
vm=eεmτ/m≈10-4 metros/segundo, y la amplitud es de unos 10-6 metros.
7. La velocidad de los electrones que golpean la pantalla del televisor
El conocimiento de los tubos de osciloscopio se menciona en el capítulo "Campo eléctrico" del segundo volumen de física de la escuela secundaria. la relación entre los televisores y los tubos de osciloscopio
Los principios básicos son los mismos, por lo que la velocidad de los electrones en la pantalla del televisor también se puede calcular basándose en la ley de movimiento de partículas cargadas de manera uniforme
campo eléctrico, mv2=eU. Tomando como ejemplo el televisor en color Yellow River de 47 cm, el voltaje de aceleración se calcula como 120 voltios.
La velocidad de los electrones que golpean la pantalla fluorescente es v=(2eU/m)1/2. en v=6,5×106 metros/segundo.
8. La velocidad de los electrones que chocan contra el cátodo opuesto
En la página 236 del segundo volumen de física de secundaria, al enseñar la generación de rayos Roentgen, dijo: "La electricidad emitido por el alambre de tungsteno caliente
p>Bajo la acción del campo eléctrico, los electrones se disparan hacia el contracátodo a una velocidad muy alta "Suponga que los polos positivo y negativo del tubo de rayos Roentgen están. conectado a un alto voltaje de 100.000 voltios, entonces los electrones están bajo la acción de la fuerza del campo eléctrico. Obviamente no es factible utilizar la fórmula mv2=eU para calcular la velocidad de un movimiento acelerado.
Debido a que la masa del electrón aumenta a medida que aumenta su velocidad, es necesario sustituir la fórmula de masa relativista en la fórmula anterior para calcular,
Es decir,
mv2/(2×(1 -v1/2 /c1/2)1/2)
．
Sustituyendo los números, obtenemos v=6,5×106 metros/segundo.
9. Velocidad de los rayos
En la sección sobre elementos radiactivos naturales del segundo volumen de física de secundaria, se menciona que la deflexión de los rayos beta en los sistemas eléctricos y magnéticos campos
Esta situación demuestra que los rayos beta son corrientes de electrones que se mueven a gran velocidad.
Los rayos beta tienen una capacidad de penetración muy fuerte y pueden atravesar fácilmente papel negro e incluso placas de aluminio de varios milímetros de espesor. ¿Cuál es entonces la velocidad de los rayos beta? El método utilizado por el físico francés Becquerel para estudiar las partículas beta en 1990 fue aproximadamente el mismo proceso utilizado por Thomson para estudiar las partículas de rayos catódicos en 1897. Introduciendo rayos beta en campos eléctricos y magnéticos mutuamente perpendiculares, Bayer
Kler midió la velocidad de las partículas beta cercana a la velocidad de la luz (c=3×108 metros/segundo)
Diez, la velocidad de colisión de electrones y positrones
La página 239 del Volumen 3 de Física de la escuela secundaria (optativa) dice: "El primer dispositivo de partículas de alta energía puesto en funcionamiento en mi país a principios de 1989 - --El Colisionador de Electrones y Positrones de Beijing puede hacer que la energía del haz de electrones alcance 2,8+2,8 mil millones de electronvoltios ”
Entonces, ¿a qué velocidad chocan los electrones y los positrones? Según E=m0v2/(2×(1-v1/2/c1/2)1/2), podemos encontrar V=2,98×108 metros/segundo.
Se puede observar que su velocidad es cercana a la velocidad de la luz (la velocidad de la luz es 3×108 metros/segundo).
11. La velocidad de los electrones bombardeando protones
P236 del tercer volumen de física de secundaria menciona que “para explorar la estructura interna de los protones se utilizaron 20 mil millones de electronvoltios
Los electrones bombardean a los protones." Estos electrones de alta energía se obtienen utilizando un ciclotrón. También se puede utilizar la velocidad de los electrones
E=m0v2/(2×(1-v1/2/c1/2)1/2)
Calcula e introduce los números para obtener 2.999×108 metros/segundo, que está muy cerca de la velocidad de la luz.
De la discusión anterior, se puede ver que la velocidad de los electrones varía en diversas situaciones, pero la velocidad del movimiento de los electrones
nunca puede ser igual a la velocidad de la luz, digamos por sí solo es mayor que la velocidad de la luz y solo puede acercarse a la velocidad de la luz. 1901 Amor por la física alemana
Cuando Kaufmann realizó experimentos con rayos beta emitidos por el radio, descubrió el fenómeno de que la masa de los electrones cambia con la velocidad cuando la velocidad de los electrones aumenta bruscamente a medida que se acerca a la velocidad de. luz. En 1905, Einstein publicó la teoría especial de la relatividad.
Propuso que: la masa de un objeto no es fija, sino que aumenta con el aumento de la velocidad del objeto. Cuando un objeto
se mueve a una velocidad (c es la velocidad de la luz), su masa en movimiento es 1,7 veces su masa en reposo. Cuando un objeto se mueve a una velocidad
v. = 0,8c, su masa en movimiento está en reposo 3,1 veces la masa. La masa en movimiento de un electrón de 2,8 mil millones de electronvoltios es 8,77 veces su masa en reposo. La masa en movimiento de un electrón con 20 mil millones de electronvoltios es 1224 veces su masa en reposo.
Referencia:/wuli-kg/wu1/aaa/07/01/J0700000406.htm