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為什麼原子沒電了就帶正電荷

生活 更新时间:2024-05-14 10:58:23

電子帶負電荷,原子帶正電荷,為什麼電子不會掉入原子核中?

這可能是很多朋友搞不清楚的問題!按一般意義上理解,正負電荷會互相吸引之後逐漸靠攏,并最終合為一體,無論是引力還是電磁力或者弱力與強力,都是這個結果!而正負電荷屬于電磁力,為什麼電子還有自己的獨特的軌道?為什麼還沒有墜入原子核?

為什麼原子沒電了就帶正電荷(負電荷的電子為什麼沒有掉入正電荷的原子核)1

我們先簡單介紹下原子的模型,現代原子模型是薛定谔的量子力學即電子雲模型,原子核在中心,而電子則以電子概率雲模式出現在原子核周圍!而電子的軌道描述的隻是電子并不是随機出現的,而是在它的軌道上(能級)上随機出現!

一、電子為什麼會以軌道的概率雲模式出現?

其實要解釋清楚這個問題必須要引入另一位大神普朗克,因為他在研究黑體輻射時引入了量子的概念,他認為能量都是一份份出現的!引入這個概念後完美的解決了紫外災變,即在計算黑體輻射強度時用到的瑞利-金斯定律在輻射頻率趨向無窮大時計算結果和實驗數據大相徑庭的有趣結果!這個結果告訴我們,能量并不是連續的!

為什麼原子沒電了就帶正電荷(負電荷的電子為什麼沒有掉入正電荷的原子核)2

而我們生活中的大部分能量來源或者媒介主要就是電子的電磁輻射,電子的能級(軌道)與輻射有這密切關系,輻射後的電子會跌落到能級比較低的軌道,因此這最小的一份份就決定了電子能級的軌道是突變的,而無法做一個連續的軌道能級升遷!

為什麼原子沒電了就帶正電荷(負電荷的電子為什麼沒有掉入正電荷的原子核)3

而電子的另一個特性則是動量位置與動量時間是無法同時确定的,這早已有海森堡不确定性原理為之背書,當然沒法告訴各位這是為什麼,量子世界有其獨特的運行規則,就像真空中的光速為什麼是299792458米/秒一樣!

二、為什麼電子不會被原子核吸引?

要解釋這個問題得引入兩個概念

1、海森堡不确定性原理

2、泡利不相容原理

  • 海森堡不确定性原理上文已經有簡單說明,這是量子世界遵循的第一定律,因此電子的運行首先受到此定律影響,它不可能在無限靠近原子核的位置運行,因為越靠近,那麼它的位置和速度就會可能會被同時确定!
  • 而另一個泡利不相容原理則是不能有兩個或兩個以上的粒子處于完全相同的狀态,當電子無限靠近原子核時,就會出現這種狀态!

為什麼原子沒電了就帶正電荷(負電荷的電子為什麼沒有掉入正電荷的原子核)4

從這兩個原理來說,電子靠近原子核需要有強大的能量或者壓力支撐,因為不确定性原理與泡利不相容原理,使得看起來電子是墜入原子核,但其實卻是爬上一座難以逾越的高山!

三、電子可以“墜入”原子核嗎?

當然可以,白矮星物質的狀态就是電子留在原子核外的最後倩影!因為再往前一步就是電子墜入原子核成與原子核中的質子中和成了中子,此時不再有電子,也不再有質子,有的隻是被中微子帶走的能量和留下的中子!

為什麼原子沒電了就帶正電荷(負電荷的電子為什麼沒有掉入正電荷的原子核)5

隻有有足夠大的引力,啥事不會發生呢?甚至一直可以坍縮到黑洞!

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