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轉動的能量從何而來?
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  • 1 # 講科學堂

    之所以產生電子會停下來的誤會,是受到了原子行星模型的誤導。圖:原子行星模型

    原子行星模型給人的感覺是電子就像行星一樣圍繞著原子核運轉。實際上也有一點像,原子核的質量佔總質量的99%以上,太陽質量也佔太陽系總質量的99%以上。但僅僅是有點像而已。

    原子的行星模型提出後,遇到了經典物理學不可解決的難題。在經典力學的框架之下,呈加速度運動的電子會產生電磁波,這樣就會消耗能量。最後,電子的能量會被耗盡,它就會撞到原子核上。就像動能耗盡的人造衛星撞入地球大氣層一樣。

    在量子力學建立以後,科學家發現,電子是一種不可分割的輕子。它具備波粒二象性,如同雲一樣分佈於原子四周。圖:電子的機率密度繪圖

    對於量子而言,它滿足不確定性原理,也就是說,它的位置與動量不能同時被確定,位置的不確定性越小,則動量的不確定性越大,反之亦然。它們的關係滿足下面這個公式:

    △x是位置標準差,△p是動量標準差,h加一橫是約化普朗克常數。

    不確定原理是一個最近才被嚴格證明的科學定理。但科學家們一直相信它是正確的,只是囿於測量儀器達不到測量不確定性的精度。

    不確定性原理告訴我們,量子不可能停下不動,它的位置標準差和動量標準差的乘積必須大於等於一個常數。這也是絕對零度不可能達到的。

    同時,電子圍繞原子核運轉是不消耗能量的。

    所以,電子永遠也不會停下來。

  • 2 # 韓曉勇老師

    原子核外電子的運動,與宏觀物體的運動不同。電子並沒有像太陽系中行星那樣繞原子核轉動,待我慢慢道來。

    宏觀物體的運動,可使用運動速率來描述,我們能夠同時測準某時刻它的位置和速率,能夠準確知道某時刻它具體的位置,能夠描畫它具體的執行軌道軌跡,遵守牛頓經典力學理論,籃球、汽車、飛機、衛星、地球、火星等天體運動都屬此類。

    電子是微觀粒子,具有波粒二象性,其運動特點是我們不可能同時知道它的位置和它的速度。這就是有名的海森堡測不準原理。

    那麼我們怎麼描述電子的運動狀態呢?我們只好使用機率統計的觀點,來描述電子運動。可按照核外空間電子出現機率密度大小,描畫出電子雲。

    根據電子能量高低,核外電子又可分為能層、能級。能級中有軌道(此軌道非彼軌道,此處的軌道其實就是電子雲的輪廓圖,即空間內一塊區域而已)。另外電子還具有自旋運動狀態,多電子的原子裡決不存在運動狀態完全相同的兩個電子。能層、能級、軌道、自旋都是用來描述電子運動狀態的專業術語。

    原子吸收能量,受到激發,電子從低能級向高能級躍遷,伴隨吸收光譜(如下圖);高能電子在高能級上運動畢竟不穩定,還會從高能級向低能級躍遷,伴隨發射光譜(圖譜與下圖互補)。

    只要電子具有能量,電子就不會停止運動。

    補充一下,海森堡不確定原理涉及深刻的哲學問題,它避免我們陷入宿命論。如果行星模型也適用於原子結構電子運動,推廣開來,那麼軌跡一定,未來就是可預知的,我們就會計算出每個人將來的人生軌跡。但事實並非如此,一切都具有不確定性。

  • 3 # 艾伯史密斯

    答:如果沒有外部力量的介入,而且原子也沒有發生衰變的話,電子的繞核運動不會停止。

    按照量子力學的描述,電子並非以實體粒子繞著原子核運動,由於不確定性原理,電子在原子核周圍以波動形式存在,在空間中每一個區域內有一個存在機率,整個空間的機率和為“1”。

    這種模型叫做“電子雲”模型,相比經典力學中的“實體電子繞行”模型,電子雲模型更加合理;電子在當前能級附近,存在的機率是最高的,電子每發生一次能級躍遷,機率分佈也會轉移到對應能級上。

    量子力學描述,電子的能量變化並非連續,而是一份一份的,這也是量子力學的基礎;當沒有外部力量介入,原子也沒有發生衰變時,電子會在當前能級上一直存在下去,永遠不會停止。

    如果有外部力量的介入,繞核電子就可能發生能級躍遷,甚至脫離原子核的束縛成為自由電子;或者原子自身發生衰變,核外電子也會發生相應轉移。

    甚至在外部力量過大時,電子還會墜入原子核,與質子攜帶的正電荷中和形成中子,天文學上的中子星就是這麼來的。

  • 4 # 宇宙譜

    電子為什麼總繞著原子核旋轉這個結論是錯誤的。儘管目前被科學界的原子模型認可,早遲將被糾正。錯在那裡呢?錯在電子的繞核運動機制上,因為電子是有型粒子體,具有一定的動靜質量,運動會對運動範圍內做功,就必然會消耗動能,有誰發現電子落入了原子核或者停止,實際上電孑的運動遠比目前認證的繞核旋轉複雜得多,電子在原子核外運動,不存在繞核運動,哪怕是一圈都不存在,根本不存在什麼能級與機率。

    電子是由無數多的煙滅電子動態以及型變強弱動態與對立的相反動態因互為收縮耦合而成的波動態體,是開放型的非封閉自旋體,型態如太極風車型,是萬向型自旋體,由於旋轉線速度無內外差,電子動態本身的自旋會產生動態徑落,使自身不斷的內外動態翻轉,這就是電子電荷的產生根源,這樣的結構不可能作繞核旋轉運動,電子在核外作的是來回奔跑非振盪運動,主要運動機制是原子中的質子內環,質子內環的夸克結構,本質上就是由6粒正反各3粒電子的間位組合,構成了以光速自旋的內旋與外旋等價的六方環態緊固體,正反三粒電子將產出動態合力,處在合力中的電子就不得不應對被合力的內吸外斥。無論緊固電孑或來回奔跑的電孑同時都要轉移來至不同方向的各種能量動態,轉移能量的同時產生合力動態落差才使電子來回奔跑不定位,出現機率分佈,機率由原子所處的環境能量動態強弱確定,合力動態落差是原子中強力的製造者和維持者,化學中的共用電子就是處在兩環態的中間共用電子。當兩獨立環態合併就會剩出一粒電子,這粒電子如果煙滅將會產生電子型變的能量動態。

    任何元素的原子只要在宇宙中,其核外的來回奔跑電子就不會停,假設電子停下或者電子不自旋,電子也就等於不存在,電子的存在原因就是以光速的自旋,實際宇宙中萬物,都是以動為造型的根本,動的規模確定物體的三維大小,彼此動態平衡的差值確定其彼此的性質與質量。(本文原創,個人研究結論供參考)

  • 5 # 金童希瑞

    金屬態氫離子光速自旋產生“磁力矩”,“磁力矩”就是“電子軌道”;激發狀態的原子的“磁力矩”互相切割產生“電子”。

    可見原子存在,電子就圍繞原子核旋轉。

  • 6 # 科學新視野

    不會停止

    糾正一下,電子繞原子核轉動的說法實際上並不準確,這是經典力學的內容,把電子的運動認為是有軌道的運動。

    隨著原子物理學的研究深入,科學家發現電子的運動並不具有軌道性,而是在原子核的附近一定的空間裡隨機出現,甚至從原子核的一邊瞬間出現在另一邊,這就是電子雲模型——它描述的是電子行為是一種機率的存在。

    另外,即便是電子真的繞著原子核轉,以經典力學裡的圓周軌道來看,原子核對電子並不做功,因為它受力的方向和運動方向垂直,所以電子的繞原子核核運動並不需要能量的注入。就像人造衛星一樣,飛到特定軌道以後,它並不需要額外的能量來支援它圍繞著地球旋轉。

    而我們中學課本里經常見到的經典原子模型,比如化學裡電子層數

    電子時時刻刻都在運動,可以說這本來就是它的特有屬性。如果不人為捕獲控制,自然界幾乎不可能存在靜止的電子。

    電子作為帶有電荷的基本粒子,磁場和電場的存在都會使它受力,而空間中到處強度不等,時時刻刻變化的電場和磁場,原子核對它具有強核力,它的質量也能讓它受到重力的影響,電子受到的合力基本不可能等於0,它也就不可能靜止。

    它能表現的繞原子核轉,可以說是被迫的——它是被強核力捕獲的,而它的一直旋轉,某種意義上來說是在掙脫原子核的束縛,結果離心力和向心力基本等大,電子就繞原子核轉了。

  • 7 # 科學探秘頻道

    電子其實並不是繞著原子核轉運,也不是像地球圍繞太陽公轉那樣運動。電子在原子核外的運動是“跳躍式”的,只能夠用機率函式來描述電子出現在原子核外某一點機率,而不能夠預知電子在原子核外的具體軌跡。

    玩過類似跳棋桌遊的人都知道一種遊戲規則,就是玩前先掙骰子,根據骰子的點說來決定自己前進的步數。電子的運動和此類似,也好像有一個無形的手在掙骰子決定電子下一時刻出現的位置一樣。電子在核外運動不是一個連續的位移,而是跳躍式的一會兒出現在這裡,一會兒在那裡,各個位置的機率還不一樣。如果把核外這些位置上電子出現的機率描繪出來(機率大的地方顏色重),那麼就會出現一些形狀各異的電子雲圖形。例如最內層s軌道的電子就是一個球型電子雲,p層的是葫蘆型、d的像一個花。如下圖所示:

    所以,在沒有對這些電子做功的時候,這些電子就會這麼一直在原子核周圍跳來跳去地,不知疲倦,永不停止。只有我們給電子一些能量,這些電子才會收到激發躍遷到高能級電子軌道。當然,即便電子處在高能級還是的繼續跳,只有能量足夠大的時候,電子才有可能收到激發直接擺脫原子核的能量勢井,變成自由電子。這個時候,電子的速度就可以透過磁場控制了,可以加速也可以減速,甚至可以停止。

    不過,絕對的靜止是不存的,因為不確定性原理認為我們物質的動量和位置不能夠同時確定。所以真空有一種巨大的本底能量,可以讓粒子即便在絕對零度下都保持一定的振動。

  • 8 # 雨軒居士62

    電子雲,在極端狹小的空間裡以光速運動,哪怕只有一個電子,也形成一片不可琢磨的雲了,哪裡去找停留點?題主問會不會停下,那是肯定不會。事實上電子不斷受到原子核釋放能量的鞭撻,由於電子所處的不同位置,以及鞭力的大小和角度都不同,電子在所處層級運動方向和位置都是不可預測的,總之,電子不是在孤立運動,而是屬於整個原子發展的運動。這與唯心主義的神定論和虛無論是有本質區別的。

  • 9 # 維度開拓者

    這個問題看似簡單,其實現在很難說清楚,以下是我的解釋:

    首先用最簡單的氫元素的原子結構分析,它能說清其它一樣。原子核裡有一個質子,核外一個電子,質子由2上1下夸克和膠子組成。2個它擁有+(4/3)e的電荷,下夸克電荷為-(1/3)e。質子質量是1.6726231 × 10^-27 kg,電子質量 是9.1×10^31千克。氫原子核半徑是1.5*10^-15米,核外電子繞核旋轉的軌道半徑是5.3*10^-11米,電子軌道半徑比原子核半徑要大1萬倍左右,原子質量幾乎都集中在原子核。電子除軌道量子數外,還有自轉量子數,有2個方向,相當於一個很小一個能級。

    在氫原子溫度未到絕對溫度零度時,氫原子是都會發出紅外線,在高溫時,會吸收外界光波的能量,呈現可見光光譜的原子吸收光譜。這個說明原子體系是一個能量發射系統,它的能量幾乎是不會枯竭。還有原子在到達絕對零度時就不發出電磁波,無紅外線發射,這時候的原子核只吸收能量,不發射能量進入到一個平衡態,從這個現象看原子就象最小的永動機。

    我們看一下原子永動機的結構,原子核是一個電荷不對稱的轉子,發出的電磁場是旋轉的,電子這個小發動機吸收能量,使其旋轉並在相應軌道執行。同時原子核透過旋轉電磁場(光子)與電子發生作用將電子束縛在原子核周圍。絕對溫度零度以上,電子在外圍高能級軌道上做(物質)波的運動。溫度越高軌道半徑越大能級需要吸收的能量越大,溫度越低軌道半徑越小需要吸收能量越低。

    這從某種意義上猜測,電子的能量似乎是原子核輸送的,原子核吸收原子運動(熱能)能量,透過旋轉電場輸送給外層電子,電子再不斷向外輻射能量。科學家一直認為,電子與質子質量比是物理學中的一個恆定值,不隨時間和宇宙空間的變化而改變。直到2006年,一項發表在《物理評論快報》上的論文稱,該質量比在過去120億年中減少了0.002%,如果這是真的,猜測原子在絕對零度時質子會消耗自己的部分質量變成能量傳送給電子維持運動,或其旋轉電磁場本身需要消耗能量,由於原子絕大大多數情況不會在絕對零度附近,所以質子質量過去120億年才減少了0.002%。

  • 10 # 科學認識論

    其他答主說的很全面,我想用反證法回答一下

    如果核外電子繞原子核運動“累”了,它會停下來休息。

    那麼電子會怎麼休息呢?停止不動或者是降落到原子核中與質子中和。

    那麼只要一個結果,就是世界將沒有人類。

    電子輻射出的能量會轉變成光子,而光子正是電磁波的傳播子。如果電子輻射能量後會感到累,那麼他就會一步步降低軌道,以至於落到原子核內。那麼電子沒輻射幾次電磁波就會消失,因為落到核內了。

    可見光就是電磁波,地球上的光基本都來源太陽。太陽的光是聚變反應釋放的能量,也就是電子釋放出的電磁波。如果電子停下來和質子中和。那麼世界上,甚至宇宙中只會包含一下高能伽馬射線。大部分電磁波將不復存在。地球沒有溫暖,更不會孕育生命。也就沒有我們了。

    其實在量子力學誕生之前,人類就開始研究原子的構造。道爾頓一開始認為原子就是構成世界的基本元素,不可再分。

    那時候還沒有發現電子。發現電子之後,湯姆遜認為原子中的正負電荷混淆鑲嵌在原子中,其電荷中和了。

    最後盧瑟福發現了原子核,認為電子繞原子核做圓周運動,就像是行星繞太陽一樣,這就是原子的行星模型。這時候的盧瑟福是按照牛頓力學來理解的。

    就在這時候,人類發現了行星模型重大缺陷。因為電子會釋放能量,釋放或者吸收能量的電子運動軌道就會改變,直到落到原子核裡。那麼我們就不可能看到電子了。

    最後玻爾認為,電子軌道應該分能級。吸收能量的電子同時會跳到高能級上,釋放能量的電子會降低到低能級上。反正就是停不下來。

    現在我們知道電子的運動無法預測,只能用機率統計來描述。就是說,我們壓根就不能說電子在一秒後出現在空間哪一點。

    而是隻能說電子在下一秒出現在某點的機率是多少。

    這就是電子雲模型。越密集的地方,代表電子出現在該區域的機率越大。

    電子的運動完全不同於宏觀世界的規律。這就是量子力學難以置信的其中一個原因。因為這是量子力學,所以電子這種詭異運動並不值得驚訝,量子力學就是這麼神奇。

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