La temperatura de un electrón
On enero 31, 2021 by admin¿Tiene un electrón una temperatura? Si es así, ¿cuál es?
Imagina un electrón (Ke = 1 eV) en un tubo a temperatura ambiente (300 K)
¿cuál es su temperatura?
Imagine ahora el mismo electrón en el espacio (3 K) con el mismo Ke, ¿es diferente del otro?
¿Cuál es la influencia de la temperatura externa en los electrones?
¿Tienen esos electrones energía eléctrica, o la tenemos solo cuando el electrón golpea algo y descarga su Ke?
Comentarios
- Solo los sistemas en equilibrio termodinámico tienen temperatura, por lo que no, un electrón no tiene temperatura.
Respuesta
La temperatura es una medida definida en las matemáticas de la termodinámica. Las cantidades termodinámicas surgen de la mecánica estadística, por lo que existe una definición de temperatura:
Excepto en el régimen cuántico a temperaturas extremadamente bajas, la temperatura termodinámica de cualquier volumen La cantidad de una sustancia (una cantidad estadísticamente significativa de partículas) es directamente proporcional a la energía cinética promedio promedio de un tipo específico de movimiento de partículas conocido como movimiento de traslación. Estos simples movimientos en las tres dimensiones espaciales de los ejes x, y y z significan que las partículas se mueven en los tres grados espaciales de libertad. La temperatura derivada de esta energía cinética de traslación se denomina a veces temperatura cinética y es igual a la temperatura termodinámica en un rango muy amplio de temperaturas. Dado que hay tres grados de libertad de traslación (por ejemplo, movimiento a lo largo de los ejes x, y y z), la energía cinética de traslación está relacionada con la temperatura cinética por
donde:
E_bar es la energía cinética media en julios (J) y se pronuncia “E bar” k_B = 1.3806504 (24) × 10 ^ −23 J / K es la constante de Boltzmann y se pronuncia “ Kay sub bee ”T_k es la temperatura cinética en kelvins (K) y se pronuncia“ Tee sub kay ”
Entonces, las partículas individuales tienen energía cinética y temperatura se define por el promedio del conjunto.
Un electrón dentro del elemento caliente del tubo de rayos catódicos, antes de la emisión participará en la definición de la temperatura promedio del filamento, cuando sea expulsado tendrá un Momento extraído de la distribución de energía cinética en el filamento. En el vacío del tubo, no hay conjunto para generar una temperatura, el electrón mantendrá esta energía cinética y la aumentará según el campo impuesto que lo atrae al cátodo.
Agitando una mano, si se asumiera que la energía cinética del único electrón que incide en el cátodo representa un promedio de un conjunto, se podría decir que el electrón tiene la temperatura del plasma solar, por ejemplo, pero es una asignación descuidada, incorrecta.
Comentarios
- Si tuvieras un gas de electrones, o electrones en plasmas (gas de iones y electrones), ellos participarían en la construcción de la cinética promedio. energía que podría clasificarse como temperatura. en.wikipedia.org/wiki/Average Un electrón individual solo tiene energía cinética. El electrón se mueve en x, y, zy tiene direcciones también cuando está libre
- ¿Quiere decir que se mueve en las direcciones x, y, z al mismo tiempo, cuando está libre como en un tubo? ¿Qué tipo de movimiento puede ser?
- Su movimiento es una función de (x, y, z). Tengo la impresión de que es una parábola wps.aw.com/wps/media/objects/877/898586/topics/topic07.pdf en un tubo de vacío. x, y, z son coordenadas que definimos a partir de un origen (0,0,0) que se puede elegir por conveniencia. La animación muestra trayectorias parabólicas
Respuesta
La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las moléculas.
Si hay equilibrio térmico, la temperatura es constante y, en promedio, la energía cinética neta ganada o perdida por una molécula durante una colisión es cero.
Si se inyecta un electrón de 1 eV en una caja que contiene electrones que si estuvieran a una temperatura de 300 K, ¿qué pasaría?
Los electrones a 300 K tienen una energía cinética promedio de $ \ frac {1} {25} = 0.04 $ eV y tienen un movimiento de dirección aleatorio. El electrón de 1 eV colisionaría con los otros electrones e inicialmente, en promedio, perdería energía cinética y el resto de los electrones ganaría esa energía cinética.
En el proceso, el movimiento de 1 eV se aleatorizaría y eventualmente sería convertirse en promedio en un electrón eV de 0.04 (más una pequeña cantidad).
Si se inyecta un electrón de 1 eV en una caja de electrones a 7500 (= 25 $ \ veces $ 300) K, el movimiento del electrón se aleatorizará y tendrá una energía cinética promedio de 1 eV.
En el espacio profundo, si el electrón de 1 eV «vive» lo suficiente, se convertirá en un electrón de 0.0004 eV «en promedio» que se mueve aleatoriamente.
Respuesta
Los electrones de un CRT provienen de cátodos calientes por emisión termoiónica. Normalmente, las superficies serían de unos 1000 K, y esa también sería la temperatura de los electrones. (Pero por lo general, no existe un equilibrio termodinámico real entre la carga espacial y el sólido).
Entonces, un cañón de electrones aceleraría los electrones a energías de decenas de keV, pero eso no cambia el distribución de las velocidades de los electrones. No cambia la temperatura del haz.
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