網友問:電子圍繞原子核運動,運行速度是光速嗎?
探索
01-04
電子的靜止質量不為零,所以電子是不可能達到光速的;電子繞核運行的速度,和電子所在軌道有關。
經典力學
原子的經典物理模型,是電子繞著原子核運動,電子的向心力由電子和質子間的庫侖力提供,我們使用庫倫定律和向心力公式,根據氫原子數據就可以進行計算。
(1)氫原子基態時,電子軌道半徑r1=0.53*10^-19米;
(2)電子質量m=0.9*10^-30kg;
(3)氫原子處於n=2的電子能級時,軌道半徑r2=2.12*10^-19米;
庫倫力提供向心力:
ke^2/r^2=mv^2/r;
可以得到氫原子的基態電子,繞核速度v1=2.2*10^6m/s;同樣的辦法,我們可以得到電子處於n=2的能級時,繞核速度v2=1.1*10^6m/s。
電子繞核速度是非常快的,但還是無法達到和接近光速;對於多個質子的原子,電子的繞核運行將更為複雜,經典力學模型計算出來的速度,會有很大偏差。
量子力學
在量子力學中,電子以電子云的形式圍繞著原子核,其實電子已經沒有了運行速度的概念,取而代之的是電子在空間中的出現概率。
在電子軌道附近,電子出現的概率是最大,距離軌道越遠的地方,電子出現的概率越低,而電子的運動受量子力學規律支配,甚至庫侖力本身也是可以量子化的。
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