علت چرخش الکترون چیست؟

مدیران انجمن: parse, javad123javad

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 343

سپاس: 176

جنسیت:

تماس:

Re: علت چرخش الکترون چیست؟

پست توسط rohamjpl »

تصویرتصویر
چرخش الکترون یک ویژگی ذاتی و بدون ابهام است. چرخش مربوط به گشتاور دو قطبی مغناطیسی الکترون و جهت انحراف در یک میدان مغناطیسی (نیروی لورنتس) است. اگر - طبق قرارداد - گشتاور دو قطبی مغناطیسی الکترون و چرخش در یک جهت نشان داده شوند ، پس برای یک پوزیترون این دو پارامتر ضد تراز هستند (و در یک میدان مغناطیسی ، پوزیترون متحرک در جهت مخالف منحرف می شود).
در یک اتم ، دو الکترون می توانند سه عدد کوانتومی یکسان را اشغال کنند ، در صورتی که گشتاورهای دو قطبی مغناطیسی آنها ضد تراز باشند. پائولی فهمید ...
... اگر تعداد الکترونها با استفاده از چهار عدد کوانتوم تعریف شده باشد ، می توان تعداد پیچیده الکترونها را در پوسته های بسته به قاعده ساده یک الکترون در هر حالت کاهش داد. برای این منظور او یک عدد کوانتومی دو ارزشی جدید معرفی کرد که توسط ساموئل گودسمیت و جورج اولنبک به عنوان چرخش الکترون مشخص شد.
این مبدأ دلیل وجود دو فهم از چرخش است. اما تلنگر یا تراز شدن لحظه های دو قطبی مغناطیسی دو الکترون در جهت مخالف هیچ ارتباطی با چرخش الکترون و چرخش مخالف در پوزیترون ها (ناشی از نیروی لورنتس و در جهت میدان های مغناطیسی القایی) ندارد.
، الکترونها به گونه ای یکدیگر را جهت می دهند که قطبهای شمال و جنوب نزدیک قطبهای مقابل الکترون دیگر باشند. این کمترین سطح انرژی و پایدار ممکن است.
به منظور توضیح اینکه چرا مدارها می توانند به جای چرخش به پایین هسته ، همانطور که الکترودینامیک کلاسیک انتظار دارد ، پایدار باشند ، این مدل برای موفقیت در یک اتم پایدار ، کوانتیزه شدن حرکت زاویه ای را فرض می کند.
مکانیک کوانتوم ، همانطور که از راه حل های ساده معادله شرودینگر تکامل یافت ، نه تنها موفق به تولید موفقیت جزئی در راه حل های سری برای اتم هیدروژن شد ، بلکه همچنین به یک تئوری با دامنه بسیار گسترده تر تبدیل شد ، که توصیف تمام طبیعت در سطح ذرات اساسی
در سیستم مکانیکی کوانتوم ، هیچ مدار وجود ندارد ، راه حل هایی برای مسئله بالقوه وجود دارد که احتمال پیدا کردن الکترون در یک (x ، y ، z) را می دهد اگر کسی بخواهد موقعیت آن را اندازه گیری کند. به این جایگاه ها اوربیتال گفته می شود. در اینجا اوربیتال های محاسبه شده برای اتم هیدروژن آورده شده است :
مداری هیدر
برای تعداد کوانتومی مختلفی که مشخصه اشغال الکترون در یک سطح انرژی است.
در اینجا اولین آزمایش است که این اوربیتال ها را بررسی می کند:
هیدورب به عبارت دقیق تر ، دقیقاً چه اتفاقی می افتد که یک اتم الکترون را جذب کند؟دقت به مکانیک کوانتوم نیاز دارد.
الکترون به درون چاه پتانسیل اتم می افتد و با فوتونی که حرکت زاویه ای را منتقل می کند ، تشعشع می کند تا حفظ حرکت زاویه ای برآورده شود و در سطح انرژی متصل شود. اگر سطح انرژی کمتری خالی باشد ، با تابش بیشتر تا آخرین سطح انرژی پر نشده سقوط می کند.
مشکلی که من در این مسئله یافتم این است که پرسشگر به عقیده قدیمی مبنی بر اینکه الکترون یک ذره است و از مسیر مشخصی برخوردار است (از آنجا که به دور هسته می چرخد) می چسبد. QM این ایده را در وهله اول منع می کند (شما حتی در مرحله اول حتی نمی توانید به مسیر فکر کنید). نکته دوم اتفاقی که وقتی الکترون جذب اتم می کند اتفاق می افتد می تواند همان چیزی باشد که وقتی ذره در یک پتانسیل نامحدود وارد می شود ، اتفاق می افتد ، هرچند مورد در مورد دوم کمی متفاوت است ، این سوال پیش می آید که شما چگونه ذره را درون چاه دارید؟ اولین مکان. در حالی که در مورد قبلی این پتانسیل تا بی نهایت می رسد بنابراین در وهله اول هیچ درامی درباره وجود آن وجود ندارد. از آنجا که شما در وهله اول در مورد الکترون صحبت می کنید ، باید عملکرد موج اولیه آن را به من بدهید و این معامله استفاده از معادله شرودینگر است.حال مورد اتم هیدروژن را در نظر بگیرید (زیرا این چیزی است که من فقط در مورد اتم چند الکترون نمی دانم) و از آنجا که ما می دانیم این عملکرد ویژه است (هارمونی شعاعی و کروی) و آنها کامل هستند (هر چه بخواهید می توانند دهانه داشته باشند) بنابراین من اولیه تجزیه می شوم با توجه به این اساس ، عملکرد موج داده می شود و من انجام می دهم تا در مورد پیش بینی آینده (فقط از نظر آماری) به شما بگویم. بنابراین نمی توانیم فقط بگوییم که برای الکترون چه اتفاقی می افتد ، شما واقعاً باید به من بگویید این عملکرد موج اولیه است.
به طور معمول از مجموعه معادلات محدودی برای توصیف وضعیت خاص یک الکترون در حال چرخش در اطراف یک هسته ، یعنی الکترون محبوس در یک چاه بالقوه استفاده میشه. آنها ممکن است از چیزی ساده مانند معادله شرودینگر مستقل از زمان برای سیستم های ساده یا چیزی واقع بینانه تر مانند معادله دیراک برای بررسی اثرات نسبی ، که منجر به مواردی مانند ضد ذرات و مغناطیس می شود ، استفاده کنند. با این حال همه این معادلات وضعیت الکترون گیر کرده در یک چاه بالقوه را توصیف می کنند ، نه مواردی مانند یونیزاسیون یا حرکت الکترونهای آزاد که جذب می شوند.
برای چنین شرایطی شما واقعاً به نظریه کامل میدان کوانتومی الکترودینامیک کوانتوم نیاز دارید. این زمینه الکترون و فوتون را توصیف می کند و شامل مواردی مانند ایجاد و از بین بردن ذرات و فعل و انفعالات ذرات و حرکت از طریق فضای گسترده است. نظریه های میدان کوانتوم می تواند شامل هر تعداد ذره ای باشد که همزمان وجود داشته و از هر طرف حرکت می کنند و با ذرات مجازی در خلاract برهم کنش دارند.
با این حال مدل های ساده معمولاً در فیزیک یا شیمی به صورت روزمره مورد استفاده قرار می گیرند و برای موارد شایع راه حل های شناخته شده ای دارند.
ساده ترین سطح ، وضوح تصویر به این شکل است. ما باید این ایده را که ذرات زیر اتمی مسیرهای مشخصی در فضا دارند ، کاملاً کنار بگذاریم. ما رابطه دو بروگی را داریم$|p|=h/λ$، جایی که p حرکت الکترون است ، h ثابت پلانک است ، و λطول موج الکترون است. بیایید خود را به یک بعد محدود کنیم. فرض کنید الکترون در یک منطقه از عرض با عرض محدود شده استL، و در هر دو طرف دیواره های غیر قابل نفوذ وجود دارد ، بنابراین الکترون احتمال صفر بودن در خارج از این "جعبه" یک بعدی را دارد. این جعبه یک مدل ساده شده از یک اتم است. الکترون یک موج است و وقتی به فضایی از این دست محدود شود ، یک موج ایستاده است. الگوی موج ایستاده با بیشترین طول موج ممکن دارد$λ=2L$، مربوط به یک برهم نهی از دو موج در حال حرکت با حرکت است $p=±h/2L.$ این حداکثر طول موج حداقل را تحمیل می کند|p|، که مربوط به حداقل انرژی جنبشی است.
اگرچه این مدل از لحاظ جزئیات اشتباه است (و در واقع ، حتی با ضعف بیشتری نسبت به مدل بور با توصیف واقعی اتم هیدروژن موافق است) ، اما مواد تشکیل دهنده مناسبی در آن وجود دارد که توضیح می دهد چرا اتم ها فرو نمی ریزند. برخلاف مدل بور ، این ماده از مفهوم مفیدی برخوردار است که به آن امکان تعمیم ، گسترش و سخت گیری بیشتری را می دهد و منجر به توصیف ریاضی کامل اتم می شود. بر خلاف مدل Bohr ، آنچه را که اساساً در جریان است روشن می کند: وقتی ذره ای را در یک فضای کوچک محدود می کنیم ، از انرژی کمتری برخوردار می شویم و بنابراین وقتی با آن انرژی در موج ایستاده قرار گرفت ، می تواند سقوط در حال حاضر در حالت کمترین انرژی ممکن است.
آیا الکترون ها در دمای صفر مطلق از چرخش باز می مانند؟
دما یک متغیر کلاسیک است که در ترمودینامیک مورد استفاده قرار می گیرد و ترمودینامیک از مدل آماری ذرات زیربنایی شکل می گیرد. یک ذره منفرد دارای انرژی است که به تعریف دما کمک می کند. به طور کلاسیک ممکن است در ماده یک درجه حرارت صفر وجود داشته باشد ، این تاثیری بر مدل اتم هیدروژن پروتون با الکترون در یک مدار -13.6eV اطراف آن ندارد (الکترون به این انرژی نیاز دارد تا از پروتون آزاد شود). در اینجا پیوندی به بحث در مورد صفر مطلق است.
قدم فراتر از این ورود به حوزه مکانیک کوانتوم است. یکی از خصوصیات اساسی ماده که توسط مکانیک کوانتوم توصیف می شود ، توصیف آن توسط یک تابع موج است. این بدان معناست که همه مواد مانند موج رفتار می کنند و می توانند در خود دخالت کنند. این تداخل بسیاری از "مدارهای" الکترون را رد می کند و با یک سری مدار با افزایش انرژی مشخص می شود ، اما فقط برخی از مقادیر انرژی گسسته مشخص است. بنابراین یک الکترون متصل به یک هسته فقط می تواند در برخی از حالت های انرژی مجاز وجود داشته باشد. این حالت های انرژی با خصوصیات دیگری مانند تکانه زاویه ای مرتبط هستند. الکترون می تواند از طریق جذب یا انتشار انرژی به صورت فوتون های نور ، جهش های گسسته کوانتومی بین سطح انرژی را انجام دهد. از آنجا که سطح انرژی گسسته است ، انرژی فوتونی جذب یا ساطع شده نیز خواهد بود.
می توان پرسید ، چرا الکترون ها تمام انرژی خود را تابش نمی کنند و به ته چاه ، که هسته است ، فرو می ریزند؟ این به این دلیل است که حداقل انرژی مجاز است که در زیر آن دیگر حالت وجود ندارد. کاملاً اتفاق می افتد که این کمترین حالت انرژی در واقع در هسته قرار دارد ، اما فراتر از آن نیز گسترش می یابد. این مدار به این ترتیب نیست ، فقط کمترین حالت انرژی ممکن است و هیچ حرکت زاویه ای مرتبطی ندارد ، بنابراین به هیچ وجه نمی توان آن را به عنوان مدار در نظر گرفت. در عوض الکترون یک ابر احتمالی متمرکز در هسته دارد ، اما در آن سوی دیگر گسترش می یابد ، فقط به این دلیل که جرم الکترون بسیار سبک است. این حالت توزیع شده الکترون به دلیل عدم قطعیت هایزنبرگ است.
با این حال ، این حتی پیچیده تر می شود. الکترون خاصیت دیگری دارد که با گشتاور مغناطیسی خود مرتبط است و آن را چرخش می نامند. در مکانیک کوانتوم یک قانون وجود دارد که هر ذره ای با چرخش غیر انتگرال نمی تواند در همان حالت وجود داشته باشد. بنابراین الکترونهایی که چرخش 1/2 دارند ، نمی توانند حالت کوانتومی یکسانی داشته باشند. این اصل را اصل طرد پائولی می نامند. این امر بسیار مهم است ، زیرا ساختار پوستی اتم را توضیح می دهد که پایه ای برای درک شیمی عناصر جدول تناوبی است. اصل طرد پائولی دلیل این است که اتم ها پایدار هستند و مانند آنها رفتار می کنند.
همه اینها برای توضیح دنیایی که در آن زندگی می کنیم به طرز چشمگیری کار می کنند ، اما وقتی نیروی دیگری را اضافه کنیم ، گرانش ، اوضاع پیچیده تر می شود. در شرایط جاذبه شدید ، اتم پایدار می تواند به اندازه کافی فشرده شود تا الکترون بتواند با هسته برهم کنش داشته باشد و پروتون ها الکترون ها را برای تشکیل نوترون درگیر کنند. این اجرام ستاره نوترونی نامیده می شوند و در اصل یک جرم عظیم نوترون یا یک هسته واحد به اندازه یک سیاره هستند! اگر حتی ماده بیشتری اضافه کنید ، ممکن است به یک توده جامد از مواد کوارک تبدیل شود. تنها چیزی که این اشیا را در کنار هم نگه می دارد تا در برابر نیروی جاذبه مقاومت کند ، اصل محرومیت پائولی است که به آن فشار فرمی گفته می شود. با غلبه بر این موضوع ، جسم در سیاه چاله فرو می رود و دیگر نمی توانیم بگوییم.
به طور کلی ، از تئوری های ایزاک نیوتن و جیمز مکسول تا تئوری های مدرن مبتنی بر مکانیک کوانتوم فاصله زیادی وجود دارد. با این حال این سفر از نظر حفظ خواص مانند صرفه جویی در انرژی و حرکت ، خود سازگار است. یک اتم از نظر انرژی پایدار است به این معنا که می تواند بدون اضافه یا از دست دادن انرژی وجود داشته باشد. با این وجود ما برای توضیح هر آنچه در مورد آن مشاهده می کنیم به تئوری کوانتوم نیاز داشتیم.
به موازات انتشار تابش EM ، روند معکوس نیز رخ می دهد - تحریک اتم های هیدروژن توسط کوانتاهای الکترومغناطیسی با انرژی زیاد یا در برخورد بین اتم ها. بنابراین ، در هیدروژن اتمی بین ستاره ای ، یک تعادل پویا بین حوادث تابش کوانتای رادیویی و تحریک اتم ها توسط کوانتوم EM و برخورد ایجاد می شود.

تصویروتصویرتصویر
تصویر

نمایه کاربر
ماشین زمان

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۹/۱۰/۸ - ۲۱:۵۳


پست: 39

سپاس: 6

Re: علت چرخش الکترون چیست؟

پست توسط ماشین زمان »

rohamjpl نوشته شده:
شنبه ۱۳۹۹/۱۱/۴ - ۰۹:۴۳

چرخش الکترون یک ویژگی ذاتی و بدون ابهام است.
smile028 به نظر خودم برای هر پدیده فیزیکی دلیل قانع کننده وجود داره و هیچ چیز خود به خود انجام نمی شه. مثلاً بعضی استادهای فیزیک پایه به ما می گن حق نداریم در مورد ماهیت «جرم» تحقیق کنیم چون یه کمیت ذاتی و مختص ماده ست، اما اگه اینشتین به حرف استاداش گوش می کرد آیا این فرمول جهانی E=mc2 کشف می شد؟ اونوقت ما درک عمیق تری نسبت به ماهیت جرم نداشتیم...
smile028 برای تمام زمان های آینده فقط می گم «بزودی»!

ارسال پست