Die Temperatur eines Elektrons
On Januar 31, 2021 by adminHat ein Elektron eine Temperatur, wenn ja, welche?
Stellen Sie sich ein Elektron vor (Ke = 1 eV) in einem Röhrchen bei Raumtemperatur (300 K)
Wie hoch ist die Temperatur?
Stellen Sie sich jetzt dasselbe Elektron im Raum (3 K) mit demselben Ke vor, unterscheidet es sich vom anderen?
Welchen Einfluss hat die Außentemperatur auf Elektronen?
Haben diese Elektronen elektrische Energie oder haben wir diese Energie nur, wenn das Elektron auf etwas trifft und seinen Ke entlädt?
Kommentare
- Nur Systeme im thermodynamischen Gleichgewicht haben eine Temperatur, also nein, ein Elektron hat keine Temperatur.
Antwort
Temperatur ist eine Messung, die in der Mathematik der Thermodynamik definiert ist. Thermodynamische Größen ergeben sich aus der statistischen Mechanik, daher gibt es eine Definition der Temperatur:
Außer im Quantenregime bei extrem niedrigen Temperaturen die thermodynamische Temperatur einer beliebigen Masse Die Menge einer Substanz (eine statistisch signifikante Menge von Partikeln) ist direkt proportional zur mittleren durchschnittlichen kinetischen Energie einer bestimmten Art von Partikelbewegung, die als Translationsbewegung bekannt ist. Diese einfachen Bewegungen in den drei Dimensionen der x-, y- und z-Achse des Raums bedeuten, dass sich die Partikel in den drei räumlichen Freiheitsgraden bewegen. Die aus dieser translatorischen kinetischen Energie abgeleitete Temperatur wird manchmal als kinetische Temperatur bezeichnet und ist über einen sehr weiten Temperaturbereich gleich der thermodynamischen Temperatur. Da es drei Translationsfreiheitsgrade gibt (z. B. Bewegung entlang der x-, y- und z-Achse), wird die kinetische Translationsenergie durch
mit der kinetischen Temperatur in Beziehung gesetzt
wobei:
E_bar die mittlere kinetische Energie in Joule (J) ist und ausgesprochen wird „E bar“ k_B = 1,3806504 (24) × 10 ^ −23 J / K ist die Boltzmann-Konstante und wird ausgesprochen “ Kay sub bee ”T_k ist die kinetische Temperatur in Kelvin (K) und wird als“ Tee sub kay ”
ausgesprochen. Einzelne Partikel haben also kinetische Energie und Temperatur wird durch den Durchschnitt des Ensembles definiert.
Ein Elektron innerhalb des heißen Elements der Kathodenstrahlröhre wird vor der Emission an der Definition der Durchschnittstemperatur des Filaments beteiligt sein, wenn es ausgestoßen wird, hat es eine spezifische Impuls aus der kinetischen Energieverteilung im Filament. Im Vakuum der Röhre gibt es kein Ensemble, um eine Temperatur zu erzeugen. Das Elektron behält diese kinetische Energie und erhöht sie entsprechend dem auferlegten Feld, das sie an die Kathode anzieht.
Wenn man mit einer Handbewegung annimmt, dass die kinetische Energie des auf die Kathode auftreffenden Einzelelektronens einen Durchschnitt eines Ensembles darstellt, könnte man sagen, dass das Elektron hat die Temperatur des Sonnenplasmas zum Beispiel, aber es ist eine schlampige, nicht korrekte Zuordnung.
Kommentare
- Wenn Sie ein Elektronengas oder Elektronen in Plasmen (Gas aus Ionen und Elektronen) hätten, würden sie am Aufbau der durchschnittlichen Kinetik teilnehmen Energie, die als Temperatur klassifiziert werden könnte. de.wikipedia.org/wiki/Average Ein einzelnes Elektron hat nur kinetische Energie. Das Elektron bewegt sich in x, y, z und hat Richtungen, auch wenn es frei ist.
- Sie meinen, es bewegt sich gleichzeitig in x-, y-, z-Richtungen, wenn es frei ist, wie in einer Röhre? Was für eine Bewegung kann das sein?
- Seine Bewegung ist eine Funktion von (x, y, z). Ich habe den Eindruck, es handelt sich um eine Parabel wps.aw.com/wps/media/objects/877/898586/topics/topic07.pdf in einer Vakuumröhre. x, y, z sind Koordinaten, die wir aus einem Ursprung (0,0,0) definieren, der der Einfachheit halber ausgewählt werden kann. Die Animation zeigt parabolische Trajektorien
Antwort
Die Temperatur ist ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie von Molekülen.
Wenn ein thermisches Gleichgewicht besteht, ist die Temperatur konstant und im Durchschnitt ist die kinetische Nettoenergie, die ein Molekül während einer Kollision gewinnt oder verliert, Null.
Wenn ein 1 eV-Elektron in eine Box injiziert wird, die Elektronen enthält, die wären bei einer Temperatur von 300 K was würde passieren?
Elektronen bei 300 K haben eine durchschnittliche kinetische Energie von $ \ frac {1} {25} = 0,04 $ eV und eine zufällige Bewegung in Richtung. Das 1 eV-Elektron würde mit den anderen Elektronen kollidieren und anfänglich im Durchschnitt kinetische Energie verlieren und der Rest der Elektronen würde diese kinetische Energie gewinnen.
Dabei würde die Bewegung des 1 eV randomisiert und schließlich würde sie es tun werden im Durchschnitt ein 0,04 (plus eine kleine Menge) eV-Elektron.
Das Injizieren eines 1 eV-Elektrons in eine Elektronenbox bei 7500 (= 25 $ \ mal 300 $) K führt dazu, dass die Bewegung des Elektrons randomisiert wird und eine durchschnittliche kinetische Energie von 1 eV aufweist.
Wenn das 1 eV-Elektron im Weltraum lange genug „lebt“, wird es zu einem zufällig bewegten „durchschnittlich“ 0,0004 eV-Elektron.
Antwort
Die Elektronen einer CRT kamen durch thermionische Emission von heißen Kathoden . Typischerweise wären die Oberflächen ungefähr 1000 K, und das wäre auch die Temperatur der Elektronen. (Aber normalerweise gibt es kein wirkliches thermodynamisches Gleichgewicht zwischen der Raumladung und dem Feststoff.)
Dann würde eine Elektronenkanone die Elektronen auf Energien von zehn keV beschleunigen, aber das ändert nichts an Verteilung der Elektronengeschwindigkeiten. Die Temperatur des Strahls wird dadurch nicht geändert.
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