Et spørgsmål om elektroner m.m. – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Et spørgsmål om elektr...

24. juni 2008

Et spørgsmål om elektroner m.m.

Hej fysikere, spændende tider vi oplever

1. Hvilken hastighed har en elektron om kernen i f.eks. et iltatom, og er den konstant og/eller lig med hastigheden i andre skaller?

2. Hvordan ved en elektron i et enkelt vandmolekyle, om den 'tilhører' iltkernen eller en af de 2 brintkerner?

3. Når man betragter egerne på et cykelhjul der accellererer, vil det se ud som om der er flere og flere, og hvis hjulet drejer hurtigt nok, vil det se ud som om der er en hel plade.

4. Er det på samme måde vi opfatter fast stof, dvs. at det er elektronerne med deres høje hastighed vi kan se og mærke?

Med venlig hilsen
L H

 


Elektroner mm.
Som fysiker ser man på alt så småt som elektroner ud fra kvantemekanikken. Elektronskallerne er de sandsynligste steder for elektronerne at være, men der er en vis men mindre sandsynlighed for, at de er andre steder. Der er en meget lille men endelig sandsynlighed for, at de befinder sig f.eks. midt i kernen. Kvantemekanikken betyder også, at vi ikke kan tænke på elektronen som en lille fast kugle, som er et bestemt sted og har en bestemt hastighed, den repræsenteres af en bølgefunktion.

Kender man bølgefunktionen kan man beregne sandsynligheden for at finde elektronen et bestemt sted eller med en bestemt hastighed. Ofte kender man den typiske afstand mellem elektronen og kernen, når elektronen er i en bestemt skal. Ved hjælp af Heisenbergs ubestemthedsrelation på formen Δ x * Δ v ~ h/m  kan man finde den typiske hastighed af elektronerne i denne skal. Fx har elektronen i brintatomet en hastighed der ca. er 5% af lysets hastighed, mens elektroner i den inderste skal af et Guldatom har en hastighed der er ca. 38% af lysets hastighed.

Så for de tunge atomer er det faktisk nødvendigt at tage hensyn til Einsteins relativitetsteori når kvanteopførslen af elektronerne skal beregnes. Hopper elektronen imellem skaller kræver det en bestemt energi tilført, for at den kan hoppe udad og tilsvarende udsender den samme energi, når den hopper ind. Denne energi har bølgelængde bestemt ved ΔE = h * f,  hvor ΔE er energiforskellen imellem skallerne, h = 6,63'10-34 Js plancks konstant og f frekevnsen af den elektromagnetiske stråling, der udsendes (ved visse energier er det lys eller IR stråling eller røntgenstråling mm.).

Denne usikkerhed bevirker igen at det ikke er interessant hvilken kerne den tilhører, den tilhører dem begge og elektronens sandsynlighed kan så optegnes som et kort over vandmolekylet, så man kan se hvor den med stor sandsynlighed er og tilsvarende nok ikke er. Det at elektronerne delse af atomer er en del af bindingen i molekyler. Elektronerne er fælles ejendom.

Eger i cykelhjul der flyder sammen

Thomas Alva Edison

Det gør de fordi vores øje er trægt til at opfatte synsindtryk, dvs. der er grænser for hvor hurtigt et nyt signal opfattes. Det er hele fidusen i fjernsyn og film, ellers kunne vi ikke se dem med de nuværende hastigheder på billedskift. Man opdagede (patent Louis Le Prince  1888, New Yorkshire, udviklet og markeds-ført af Thomas Alva Edisons laboratorier efter 1890) at når man skifter billeder hurtigt. Karakteristisk er der brugt udskiftningstider for billeder fra 1/30 sek til 1/50 sek afhængigt af om det er TV eller Film. Vi opfatter det så ikke som billeder der udskiftes men som konstant lysende og hvor vi kan se bevægelserne på billedserien. Vi kan heller ikke se veksel-spændingens skiften (1/100 sekundt for en gløde- eller lavenergilampe).

Det vi kan se og mærke ved et dagligdags stof er ganske rigtigt elektronerne og det vi ser og mærker er elektroner der opholder sig vekslende i de steder deres sandsynlighedsfordeling siger er størst. De er meget små så vi kan kun opfatte milliarder af dem på en gang, så de kommer til at virke som en kontinuert flade.

Med venlig hilsen
Per Hedegård, professor

Malte Olsen