第二重要极限是怎么推出来的
原子内部,电子为什么不会掉入原子核?怎么解释β衰变?
原子内部,电子为什么不会掉入原子核?怎么解释β衰变?
电子其实是可以掉进原子核里的,只是在我们的日常生活中难以发生。 为什么一般情况下,电子不会掉进原子核里? 先从传统经典认知说起 我们一般理解的原子模型,就像行星围绕恒星旋转一样,这是,卢瑟福于1911年提出来的“原子行星模型”。
在卢瑟福看来,电子与原子核之间的电磁力,替代了行星与恒星之间的万有引力,电子与原子核之间的吸引力,作为向心力维持电子做圆周运动。
但电子带电荷,电子运动就势必会产生电磁辐射,而电磁辐射就意味着能量损失。一旦失去能量电子减少动能,最后势必落到原子核上。 这就好比我们用一根绳子拴着一个石头做圆周运动,一旦我们不用力,石头就会掉下来。
但事实并非如此,所以经典电磁理论无法解释,电子绕原子核运动问题。
量子理论的解释 而后来,普朗克发现能量只能以一份一份的形式释放,也就是能量的释放,具有一个最小量,这就是量子理论的由来。
这个最小的能量单位被称为普朗克常数,小于这个单位能量的电磁辐射是无法产生的。因此电子运动释放的能量,如果不是确定的能量差,就无法释放电磁波。
这一限定,让电子能稳定地绕原子核运动。
卢瑟福的学生玻尔以此,提出了原子模型的“能级”概念,玻尔认为电子会在固定的能级轨道上运动。
而且电子的最小能级轨道并不是最靠近原子核的,反而是距离原子核外50皮米,这也是氢原子的原子半径,称为玻尔半径。
电子在同一轨道上运动不会吸收或释放能量,但在不同轨道之间进行跃迁时,会吸收或释放普朗克常数整数倍的能量。
随着量子理论的发展,“电子云模型”的提出,再一次颠覆了人们对原子的认知。原来电子的轨道,并不是经典意义的圆周运动轨道,而是在不同的能级上围绕原子核做无规则运动。
还有一种解释认为,原子能量守恒,电子势能与动能相互转换。当电子靠近原子核势能减少,也就意味着动能增加。也就是说,当电子越靠近原子核速度就会变得越快,以至于让他摆脱原子核,产生离心运动。
电子就在势能与动能的拉锯战之间,不停跃迁,电子的势能与动能只会相互转化,而不会消失。
而且根据海森堡不确定原理,电子的动量与位置无法同时确定,且动量越确定,位置越不确定,而位置越确定,动量越不确定。它们总是此消彼长,这是一种自然规则,而不是人为定义。
在这原理下,如果电子无限接近原子核,就意味着电子的速度与位置都趋于确定了,这是不允许的。
另外根据泡利不相容原理,原子内任意两个电子不会同时处在同一种量子态下。而所有电子除了有两种相反的“自旋”状态,其它都一样,所以同一能级轨道上最多只能有两个电子。
也正是这一原理,让原子变得坚硬。这种坚硬度在物理学上就称为“电子简并压力”。
他到底有多硬呢?只有质量大于太阳1.4倍的恒星核心产生的巨大重力,才能突破电子简并压力。这也是中子星形成的原因。
而电子掉进原子核,与质子合并生成中子,称为“轨道电子俘获”,这一过程也称为β衰变。
β衰变还有两种形式。
β 衰变,是一个质子,在变成中子的过程中,释放出一个正电子和一个中微子。
β-衰变,是一个中子,在变成质子的过程中,释放出一个负电子和一个反中微子。
所以说,β衰变可以看成是质子和中子的相互转换过程。
一个原子核能发生β衰变,意味着这个原子核的不稳定,也就是我们常说的具有放射性。而β衰变是在弱相互作用下产生的。
而放射性衰变的本质,其实是原子核内也具有类似电子一样的“能级”概念,从激发态到基态,就发生了衰变。
因为原子核空间比电子的运行空间小得多,按量子力学来说,核子动量的不确定性更大,所以核外电子一般是几电子伏特,而原子核衰变一般是百万电子伏特。所以放射性衰变的杀伤力才这么大。
总结 电子不会轻易地掉进原子核里,才能保证物质的稳定,也是生命能够存在的前提。
而像β衰变这些放射性现象,意味着元素会主动从高能的不稳定态向低能的稳定态转换。
所以,物质只会越变越衰!
然而,凡事总有例外。无数的例外,又共同组成一个必然的秩序。
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求函数极限的方法有几种?具体怎么求?
第一种:利用函数连续性:lim f(x) f(a) x-gta
(就是直接将趋向值带出函数自变量中,此时要要求分母不能为0)
第二种:恒等变形
当分母等于零时,就不能将趋向值直接代入分母,可以通过下面几个小方法解决:
第一:因式分解,通过约分使分母不会为零。
第二:若分母出现根号,可以配一个因子使根号去除。
第三:以上我所说的解法都是在趋向值是一个固定值的时候进行的,如果趋向于无穷,分子分母可以同时除以自变量的最高次方。(通常会用到这个定理:无穷大的倒数为无穷小)
当然还会有其他的变形方式,需要通过练习来熟练。
第三种:通过已知极限
特别是两个重要极限需要牢记。