Электрон и атом в модели Медиосо / Хабр
Некоторое время назад предлагалась к обсуждению модель физики Медиосо. Постоянно обновляемый авторский черновик подробного описания модели находится здесь.
Суть модели в том, что постулируется представление о существовании вне метрического пространства среды состоящей из четырёх фракций. На основе этого представления определяется метрическое пространство и четыре потенциала. Термин потенциал в модели несколько отличается от известного классического определения. Потенциал в Медиосо материален и имеет границы своей величины.
Первое представление модели вызвало критику со стороны знатоков СТО и ОТО. Сразу замечу, что выводы модели Медиосо не противоречат этим теориям, но дополняют их. В модели выводятся как закономерности выводимые в СТО и ОТО, так и закономерности электродинамики. Модель постоянно развивается и уточняется. Пришла очередь подробного рассмотрения вопросов квантовой механики.
В модели Медиосо электрический заряд и масса принципиально разные явления. Не только потому что одно из области электричества, а другое из области механики. В глубинном своём смысле масса принимается как производная от заряда. Любой объект имеющий заряд, электрон например, обладает массой. Всё вещество «собрано» из зарядовых структур. Нейтрон в представлении современной физики тоже состоит из зарядовых структур (кварки имеют заряд).
Численно общая масса системы складывается из суммы энергий составляющих её компонентов. На уровне квантового мира существует минимальный электрический заряд. Именно этот факт лежит в основе всех квантовых процессов.
В Медиосо есть понятие электрической фракций среды Медиосо. Электрическая фракция, как и все другие в основе модели не имеет квантов. Условно первичная фракция однородна, не имеет движения и энергии. Обнаружить движение электрической фракции невозможно.
Понятие о фракции в Медиосо метафизично, как и понятие пространства, времени и заряда в известной физике.
В материальном мире электрическая фракция связана с компактными объектами типа электронов и позитронов. Эти компактные объекты обладают единообразием во всей Вселенной. Все возникшие когда-то электроны одинаковы. Это же можно сказать и о других заряженных частицах.
Любая система объектов во Вселенной обладает метрическим пространством. Пространство возникает как некоторые отношения между объектами. Поэтому, как и все модели модель заряженной частицы условна. Модель заряженной частицы (состоящей из электрической фракции) независимо от её размеров можно описать следующим образом.
Электрическая фракция в метрическом пространстве получает сферическую структуру. Именно сферическую, поскольку заряду можно приписать двухмерную поверхность заряженной сферы.
Эта сфера устойчива. Она не содержит отдельных отталкивающихся зарядов, а состоит из электрической фракции, точнее из одной части этой фракции, которых всего две, условно положительной или условно отрицательной.
Для такой сферы уже можно вычислить энергию покоя .
Примечание: все формулы здесь и далее записываются для системы единиц физических величин CL применяемой в модели Медиосо. В ней всего две основные единицы – скорость равная скорости света и единица длины равная одному метру.
Можно также приписать этой сфере массу .
В микромире объекты не могут существовать без движения. У самой фракции нет массы, поэтому её движение возможно только с максимально возможной скоростью. Точнее, её кинетический потенциал может иметь только максимальное значение .
Движение (наличие кинетического потенциала) в модели Медиосо влияет на метрические размеры. В связи с существованием принципа наименьшего действия, вращение сферы состоящей из чего-либо заставляет это что-либо собираться на одном большом круге. Дискретные элементы, если они существуют, сокращаются в размерах.
Но электрическая фракция однородна, поэтому результатом её вращения оказывается орбитальная структура без каких-либо размеров кроме радиуса орбиты.
Возникает присущая квантовому миру двойственность. С одной стороны заряд это сфера, но с другой стороны это окружность орбиты.
Посмотрим на электрон.
Поскольку в окружности сконцентрирован весь заряд электрона e (количество электрической фракции), и он движется со скоростью света, можно определить ток этого заряда в кольце с радиусом равным классическому радиусу электрона .
Здесь следует сделать оговорку. Мы уже говорили, что невозможно определить движение чистой фракции. С позиций модели Медиосо электрический ток это движение градиентов электрической фракции (заряды в проводнике и обеспечивают наличие градиентов). Но наличие тока подтверждается существованием магнитного момента у электрона.
Что же обеспечивает наличие градиентов в нашем кольцевом потоке фракции?
Снова проявление двойственности. Электрон, как и все объекты микромира имеет заметное по сравнению с его размерами значение Комптоновской длины волны. В квантовой механике эта волна соответствует волне вероятности соответствующей функции. В нашем случае это продольная материальная волна .
Здесь нам встречается постоянная тонкой структуры α. Она определяет метрические масштабы электрических процессов внутри электрической фракции по сравнению с масштабами вне электрической фракции.
Продольная волна электрической фракции вполне естественно находится в среде этой фракции. Длина этой волны вне электрона была бы в α раз больше, чем длина её орбиты. Когда при аннигиляции электрона и позитрона замкнутая в орбите волна выходит наружу в виде квантов электромагнитного излучения длина их волны составляет λ=2,426318E-12 m.
Но в нашем случае волна заперта в орбите с радиусом r_0=2,8179403263E-15 m.
Внутри электрона его волновое представление укладывается на длине внутренней орбиты за счёт сокращения метрических масштабов. В результате получаем движение градиента, описываемого гармонической функцией и имеющего амплитуду равную величине заряда.
Теперь вычисленное значение внутреннего тока в электроне получает законное обоснование с учётом того, что e имеет структуру распределённую вдоль траектории движения.
Значение этого тока позволяет определить собственный магнитный момент свободного электрона .
Магнитный момент электрона в атоме
Продолжаем учитывать двойственность квантовых объектов.
Орбитальное представление. Как и в случае со свободным зарядом необходимо рассматривать сферу заряда, которая выродилась в орбитальную траекторию.
Теперь радиус этой орбиты соответствует Боровскому радиусу a_0. Но на орбите волновой объект с длиной волны λ, и при этом в среде электрической фракции (заряд занимает всю орбиту) эффективная длина волны αλ. Магнитный момент этой орбиты (магнетон Бора) определяется как .
Казалось бы, что это и есть магнитный момент электрона. Но мы не учли квантовую двойственность. На орбите в атоме электрон может рассматриваться как протяжённый орбитальный объект, так и в виде компактного объекта с радиусом на орбите радиусом .
Вычисляя общий магнитный момент компактного (свободного) электрона на орбите и всей орбиты, выразим для начала магнитный момент свободного электрона через Боровский радиус, чтобы упростить вычисления сократив число переменных.
Следует учесть, что , это определяет вклад магнитного момента свободного электрона в магнитный момент атома, а также что волна электрона разворачивается по траектории орбиты.
В результате для «свободного» электрона в атоме получаем выражение .
Суммарный магнитный момент .
Величина составляет .
Такое же значение магнитного момента электрона в атоме водорода было получено Юлианом Швингером в его работе Schwinger , Phys. Rev. 73, 416 (1948) на основе его квантовой электродинамики, за которую он позднее получил Нобелевскую премию.
Может возникнуть вопрос, почему сокращение длин в электрической фракции соответствует значению постоянной тонкой структуры? Ответ: Если бы было не так, то атомы должны были бы стать другими. Не возникло бы известное нам вещество и мы сами.
В известной квантовой механике структура электрона не рассматривается, а отклонение магнитного момента электрона от величины магнетона Бора объясняется взаимодействием электрона с виртуальными электронами вакуума, которое описывается волновыми функциями. В модели Медиосо не рассматриваются взаимодействия между частицами, и необходимости в виртуальных электронах нет.
О квантовых числах
Обычно рассматриваются квантовые числа, главное (n), орбитальное (l), магнитное (m), спин (s). Максимальное число электронов на уровне .
Главное квантовое число определяет номер периода в таблице Менделеева.
Орбитальное квантовое число определяет по сути форму орбиты и её энергию. Для всех значений этого числа больших единицы возможны энергетические подуровни. То есть на одной орбите могут быть несколько электронов (на разных орбиталях). Магнитное квантовое число определяет ориентацию магнитного момента орбитали или просто ориентацию орбитали. Спин показывает проекцию магнитного момента на ось Z. На одной орбитали могут находиться два электрона с противоположными спинами.
Откуда берутся разные ориентации орбиталей?
Для энергетического уровня выше первого, когда заряд ядра позволяет удерживать несколько электронов, они не могут находиться на одной орбитали. Если уже занята первая орбиталь уровня – сферическая, электронам, чтобы поместиться на энергетическом уровне, «приходится» занимать не сферические орбиты. Для l=1 определяют орбиталь условно имеющую форму гантели, где они могут так же как и на сферической орбите находиться попарно с разными спинами. Электрон в волновом представлении теперь проходит через ядро атома и поднимается над сферической орбитой. Два электрона оказываются на гантелеобразной орбите. Гантелеобразных орбиталей теперь может быть три. Всего на уровне могут оказаться восемь электронов. На внешних уровнях большего числа электронов не бывает. На низких уровнях перекрытых сверху уровнем со сферой и гантелями возникает ещё один вид орбит l=2, который не может находиться на верхнем уровне. Это смещённые сферы (условно) с четырьмя возможными ориентациями и более сложные орбиты когда l=3 и l=4 (d уровень и f уровень). В известных химических элементах нет уровней выше f. Форма орбит может быть определена соответствующей волновой функцией в квантовой механике, но может быть вычислена и на основе модели Медиосо.
Но важнее знания формы знать просто число возможных электронов на уровнях и подуровнях, а также число внешних (валентных) электронов.
Энергии электронов в атоме водорода могут быть вычислены на основе модели Бора. Но формулы Медиосо оказываются проще (соглашение о знаках потенциалов и энергий отличается).
Так радиус орбит в зависимости от квантового числа определяется как .
Полная энергия электрона .
А энергия на уровне n .
Можно рассматривать проекцию спинового магнитного момента . Для электрона s=1/2.
Сама квантовая арифметика не связана ни с классической физикой ни с физикой Медиосо. Она учитывает численные отношения параметров атома, которые связаны с отношениями целых чисел, что определяется квантованием заряда и, как следствие, квантованием орбитальных параметров, длин и углов.
Это важнейший принцип квантовой механики, принцип неопределённости, но он не выводится, а постулируются. Для модели Медиосо формула также действительна.
Но для этого принципа есть дополнение. Минимально возможное метрическое расстояние не может быть измерено в традиционном смысле. К минимально возможному отрезку для сравнения можно приложить только отрезок кратный минимальному отрезку (меньших длин не существует). В области микромира квантуется всё, и длина и углы. Спускаясь по квантовой лестнице нам необходимо излучать фотон в каждый момент перехода со ступеньки на ступеньку. Излучение, как и сам переход не может описываться посредством понятия времени. Но можно описывать продолжительность ожидания каждого следующего шага. Наша потенциальная энергия будет отличаться между ступеньками на ΔE. Импульс каждого фотона ΔE/C=hC/λ. Каждый шаг как кадр на киноленте. Если определить для нас некоторый импульс, то он может быть определён между значениями координат двух ступенек, а наше координатное положение может быть определено только на конкретной ступеньке.
Выражение для принципа неопределённости на самых глубоких уровнях теряет смысл. Импульс и координата в таких случаях принципиально определяются в разных фазах процесса.
Орбитальные полёты в квантовом мире по мере усложнения похожи на прыжки по отрезку, а далее на обход квадрата нарисованного на сфере с количеством клеток в одной стороне равной n. После n=4 начинает работать принцип неопределённости. Химические элементы с такими орбитами электронов становятся нестабильными. Атомам нужна определённость :).
Дискретность квантового мира приводит к тому, что на я зыке непрерывной математики объект оказывается одновременно и сферой и эллиптической орбитой. При этом он никуда не движется. Есть только кадры его состояний. А на языке Шрёдингера это волна вероятности. Какой язык точнее, сказать невозможно. Мы не видим квантовые объекты и процессы, а наше сознание может зафиксировать информацию в любом доступном виде в зависимости от предпочтений исследователя.
Физики уточнили максимальное значение заряда нейтрона
Исследователи из Франции и Германии измерили заряд ультрахолодных нейтронов, помещая их в сильное электрическое поле и заставляя отражаться от цилиндрического зеркала. В результате физики получили значение q ≈ (−0,3 ± 3,7) × 10−20e, которое сравнимо с другими экспериментами по определению заряда нейтрона и может быть легко уточнено в дальнейшем. Статья опубликована в Physical Review D.
В рамках школьного курса физики учат, что электрический заряд квантуется. Другими словами, заряд любой элементарной частицы и любого физического тела вообще должен быть кратен вполне определенному значению, равному одной трети от заряда электрона. При этом наименьшим возможным зарядом обладают кварки, которые не могут существовать в виде свободных частиц из-за конфайнмента, поэтому для удобства квантом электрического заряда можно считать заряд электрона, примерно равный e = −1,6 × 10−19 кулонов.
Тем не менее, до сих пор физики не вполне понимают, с чем связано такое поведение. В 1948 году Поль Дирак предложил объяснить этот эффект, вводя в теорию магнитные монополи, однако ни в квантовой электродинамике, ни в Стандартной модели, нет механизмов, которые должны вызывать квантование заряда. Поэтому некоторые ученые считают, что в действительности заряд может меняться непрерывно, и проводят эксперименты по поиску таких изменений. В частности, наиболее чувствителен к таким изменениям будет нейтрон, который в обычных условиях зарядом не обладает, а потому не может вступать в электрические взаимодействия, — однако при отсутствии квантования частица может приобрести небольшой заряд, который удастся измерить на практике. На данный момент различные эксперименты ограничивают заряд нейтрона величиной порядка q ~ 10−20e.
В этой статье группа ученых под руководством Кристиана Плонка (Christian Plonka) приводит результаты нового измерения заряда нейтрона, точность которого немного превышает точность предыдущих экспериментов. Чтобы измерить заряд, исследователи накладывали на систему внешнее электрическое поле и следили, как пучок ультрахолодных нейтронов — нейтронов с энергией не выше 300 наноэлектронвольт, то есть со скоростью не больше 7,6 метров в секунду — отражается от цилиндрического зеркала. Если бы частицы действительно имели небольшой электрический заряд, поле изменяло бы их траекторию, причем немного по-разному для частиц, отраженных от зеркала под различными углами. Поэтому по величине отклонений можно судить о величине заряда нейтронов.
Предложенная физиками схема экспериментальной установки выглядела следующим образом. Полученные на установке PF2 Института Лауэ-Ланжевена в Гренобле ультрахолодные нейтроны запускались в установку вдоль ее оси, отражались от зеркала, возвращались и регистрировались детектором, расположенным поблизости от точки запуска. Из-за небольшой скорости на движении частиц сказывалась сила притяжения Земли, а потому исследователи налили внизу установки масло (liquid Fomblin), которое отражало вверх падающие нейтроны. Наконец, ученые накладывали на систему электрическое поле напряженностью около миллиона вольт на метр, и периодически изменяли его направление каждые 200 секунд, чтобы исключить систематические ошибки, которые приводили бы к смещению распределения зарегистрированных нейтронов. Кроме того, ученые откалибровали установку, прежде чем проводить измерения, чтобы снизить влияние фоновых частиц.
В результате после 840 циклов измерений исследователи получили, что среднее отклонение нейтронов составляет примерно Δx ≈ −5 ± 1 микрон, что отвечает заряду не более q ≈ (−2 ± 1) × 10−19e. Это ограничение оказалось слабее результатов предыдущих экспериментов. Тем не менее, в дальнейшем ученые заметили, что на это значение оказывают влияние систематические погрешности, возникающие из-за того, что при наложении сильного электрического поля свойства масляного зеркала изменяются, и это приводит к дополнительному горизонтальному смещению отраженных от поверхности частиц. Оценивая величину этого эффекта и учитывая его при обработке данных, ученые получили более точное ограничение на величину заряда нейтрона, которое составило примерно q ≈ (−0,3 ± 3,7) × 10−20e. При этом чувствительность установки примерно равна δq ≈ 1 × 10−21e и должна повышаться со временем как корень квадратный от числа измерений, что позволяет в будущем получить гораздо более точный результат.
Помимо исследований нейтронов, физика часто пытаются найти «новую физику», измеряя параметры протона и антипротона – например, массу или магнитный момент. В некоторых случаях такие измерения действительно приводят к неожиданным результатам: так, в июне 2010 года выяснилось, что радиусы протона, измеренные различными методами, отличаются на целых четыре процента, что противоречило Стандартной модели и поставило под сомнение «бесконечную точность» квантовой электродинамики. Впрочем, некоторые ученые списывают это расхождение на неучтенные особенности экспериментальной установки, которые исказили результаты.
Дмитрий Трунин
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
зарядов электронов | физика | Британика
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Этот день в истории
- Викторины
- Подкасты
- Словарь
- Биографии
- Резюме
- Популярные вопросы
- Обзор недели
- Инфографика
- Демистификация
- Списки
- #WTFact
- Товарищи
- Галереи изображений
- Прожектор
- Форум
- Один хороший факт
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Britannica Classics
Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica. - Britannica объясняет
В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы. - Demystified Videos
В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы. - #WTFact Видео
В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти. - На этот раз в истории
В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
- Студенческий портал
Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д. - Портал COVID-19
Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня. - 100 женщин
Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю. - Britannica Beyond
Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Спросить. Мы не будем возражать. - Спасение Земли
Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать! - SpaceNext50
Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы исследуем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!
- Введение
Краткие факты
- Факты и сопутствующий контент
Value of Electron — Масса заряда и часто задаваемые вопросы
Электрон — это субатомная (меньше атома) легкая частица, несущая одну единицу отрицательного электричества, представленную как -e. Электроны могут быть либо свободными (то есть не присоединенными к атому), либо связанными с ядром. Заряд электрона равен величине элементарного заряда (е), однако с отрицательным знаком (-е) значение базовой единицы заряда или элементарного заряда равно 1,6 x 10 -19 C. Therefore,
Value of electron charge (- e) = -1.6 x 10 -19 Coulomb |
It is one of the important constants of nature .
Заряд электрона
Заряд одного электрона (e) рассматривается как единица электрического заряда. Обозначается как отрицательная полярность. Однако заряд электрона равен положительному заряду протона или дырки.
Масса электрона
Электроны имеют массу 0 а.е.м. (атомная единица массы), когда они вращаются вокруг ядра и имеют заряд -1.
Инвариантная масса электрона дана,
M (-E) = 9,1 x 10 -31 KG | -31 KG
5,489 × 10 -4 AMU |
Заряда EV
ARSTER IS
. нейтрона или протона. Заряд электрона обычно обозначается символом e. Это основная физическая константа, используемая для представления 1,1602 × 10
-19 кулона, единицы естественного заряда. Следовательно, заряд электрона равен 1,602 х 10 -19 C. В системе сантиметр-грамм-секунда (СГС) это 4,80320425 (10) x 10 -10 статкулон.В физике эВ обозначает электрон-вольт и представляет собой количество кинетической энергии, полученной электроном при ускорении из положения покоя за счет разности электрических потенциалов в один вольт в вакууме.
Электрон-вольт — это единица энергии, обычно используемая в атомной и ядерной физике, которая равна энергии, полученной электроном или заряженной частицей, несущей единичный электрический заряд, когда электрический потенциал электрона увеличивается на 1 Вольт.
1 Electron volt (eV) = 1.6 x 10 -12 erg |
Where value of 1 erg = 10 -7 Joule
So,
Электронный вольт = 1,6 x 10 -19 Joule |
Mass Electron 9013
. Значения массы электрона:
me = 9,10938356 × 10 -31 кг
Значения заряда и массы электрона часто используются для решения физических задач.
Mass of an electron in eV or electron volt is this mass corresponding to a rest energy given by,
mev = 0. 511 MeV |
Value of Charge
The quantization of electric заряд — это свойство, в силу которого все свободные сборы являются неотъемлемой частью базовой единицы заряда, представленной e. Следовательно, заряд q тела определяется выражением
q = ne |
Значение базовой единицы элементарного заряда определяется по формуле,
e = 1,6 x 10 -19 кулон или C |
Это одна из фундаментальных констант, используемых в физике.
Если тело несет N1 Electrons и N 2 протонов, то общий заряд на теле будет:
Q = N 1 (-E) + N 1 (-E) + N 1 (-E) + N 1 (-E) + N 1 (-E) + N 1 (-E) + N 1 (-E) + N 1 (-E). ) = (n 2 — n 1 ) e |
Как n 1 , n 2 являются целыми числами, поэтому их разница также должна быть целым числом. Следовательно, заряд любого тела кратен e.
. единицей заряда является 1 электростатический (e.s.u) заряд или статический заряд. Другой единицей заряда является одна электромагнитная единица заряда (эм.е.м.), где
Заряд одного электронаЛюбое заряженное тело или заряженная частица может обладать зарядом, равным +/- e , +/- 2e, +/ — 3e, +/- 4e и т.д., т.е. возможная величина заряда одного электрона будет даваться выражением. Принимая уравнение: q = ne (полагая n = 1), мы получаем,
Уровень энергииАтомы имеют несколько энергетических зон и энергетических щелей. Все электроны находятся в одной из энергетических зон. У каждого атома есть валентная зона и зона проводимости. Щель между двумя зонами, валентной зоной и зоной проводимости, мы называем запрещенной энергетической щелью. Зазор также определяет электрические свойства материала. Difference Between Charge and Electron
Об электронахЭлектроны — это небольшие субатомные частицы, вращающиеся вокруг ядра в энергетической оболочке, называемой орбитой. Эти субатомные частицы несут отрицательный заряд 1,602 × 10 -19 кулонов. Масса электрона составляет 9 × 10 -31 кг. Электроны вращаются вокруг ядра внутри оболочки, постоянно увеличивая энергию. H. Оболочки, расположенные ближе к ядру, имеют меньшую энергию, чем самые внешние оболочки. Электроны, находящиеся на внешней оболочке атома, называются валентными электронами. Вертикальные группы в периодической таблице представляют собой валентные электроны атома, то есть количество электронов, присутствующих в валентных электронах. Валентные электроныПроще говоря, валентные электроны — это электроны, которые постоянно вращаются на внешней оболочке или орбите атома. Самая внешняя оболочка, или валентная оболочка, — это оболочка с наибольшей энергией. |