La température dun électron
On janvier 31, 2021 by adminUn électron a-t-il une température, si oui, quelle est-elle?
Imaginez un électron (Ke = 1 eV) dans un tube à température ambiante (300 K)
quelle est sa température?
Imaginez maintenant le même électron dans lespace (3 K) avec le même Ke, est-ce différent de lautre?
Quelle est linfluence de la température extérieure sur les électrons?
Ces électrons ont-ils de lénergie électrique ou avons-nous une telle énergie uniquement lorsque lélectron frappe quelque chose et décharge son Ke?
Commentaires
- Seuls les systèmes en équilibre thermodynamique ont une température, donc, non, un électron na pas de température.
Réponse
La température est une mesure définie dans les mathématiques de la thermodynamique. Les grandeurs thermodynamiques émergent de la mécanique statistique, il existe donc une définition de la température:
Sauf dans le régime quantique à des températures extrêmement basses, la température thermodynamique de tout volume La quantité dune substance (une quantité statistiquement significative de particules) est directement proportionnelle à lénergie cinétique moyenne moyenne dun type spécifique de mouvement de particule appelé mouvement de translation. Ces mouvements simples dans les trois dimensions des axes x, y et z de lespace signifient que les particules se déplacent dans les trois degrés de liberté spatiaux. La température dérivée de cette énergie cinétique de translation est parfois appelée température cinétique et est égale à la température thermodynamique sur une très large gamme de températures. Puisquil y a trois degrés de liberté de translation (par exemple, mouvement le long des axes x, y et z), lénergie cinétique de translation est liée à la température cinétique par
où:
E_bar est lénergie cinétique moyenne en joules (J) et se prononce “E bar” k_B = 1.3806504 (24) × 10 ^ −23 J / K est la constante de Boltzmann et se prononce “ Kay sub bee ”T_k est la température cinétique en kelvins (K) et se prononce“ Tee sub kay ”
Les particules individuelles ont donc de lénergie cinétique et de la température est défini par la moyenne de lensemble.
Un électron dans lélément chaud du tube cathodique, avant émission participera à la définition de la température moyenne du filament, lorsquil sera éjecté il aura un impulsion tirée de la distribution dénergie cinétique dans le filament. Dans le vide du tube, il ny a pas densemble pour générer une température, lélectron gardera cette énergie cinétique et laugmentera en fonction du champ imposé qui lattire vers la cathode.
Par une main agitant, si lon supposait que lénergie cinétique de lélectron unique frappant la cathode représente une moyenne dun ensemble, on pourrait dire que lélectron a la température du plasma solaire, par exemple, mais cest une affectation bâclée, pas correcte.
Commentaires
- Si vous aviez un gaz délectrons, ou des électrons dans les plasmas (gaz dions et délectrons) ils participeraient à la construction de la cinétique moyenne énergie qui pourrait être classée comme température. en.wikipedia.org/wiki/Average Un électron individuel a juste de lénergie cinétique. Lélectron se déplace dans x, y, z et a des directions également lorsquil est libre
- vous voulez dire quil se déplace dans les directions x, y, z en même temps, lorsquil est libre comme dans un tube? quel genre de mouvement cela peut-il être?
- Son mouvement est une fonction de (x, y, z). Jai limpression que cest une parabole wps.aw.com/wps/media/objects/877/898586/topics/topic07.pdf dans un tube à vide. x, y, z sont des coordonnées que nous définissons à partir dune origine (0,0,0) qui peut être choisie par commodité. Lanimation montre les trajectoires paraboliques
Réponse
La température est une mesure de lénergie cinétique moyenne des molécules.
Sil y a équilibre thermique la température est constante et en moyenne lénergie cinétique nette gagnée ou perdue par une molécule lors dune collision est nulle.
Si un électron de 1 eV est injecté dans une boîte contenant des électrons qui étaient à une température de 300 K que se passerait-il?
Les électrons à 300 K ont une énergie cinétique moyenne de $ \ frac {1} {25} = 0,04 $ eV et ont un mouvement de direction aléatoire. Lélectron 1 eV entrerait en collision avec les autres électrons et initialement, en moyenne, il perdrait de lénergie cinétique et le reste des électrons gagnerait cette énergie cinétique.
Dans le processus, le mouvement du 1 eV serait randomisé et finalement il serait deviennent en moyenne un électron eV de 0,04 (plus une petite quantité).
Linjection dun électron de 1 eV dans une boîte délectrons à 7500 (= 25 $ \ fois 300 $) K entraînera une randomisation du mouvement de lélectron et une énergie cinétique moyenne de 1 eV.
Dans lespace lointain, si lélectron de 1 eV « vit » assez longtemps, il deviendra un électron de 0,0004 eV « en moyenne » en mouvement aléatoire.
Réponse
Les électrons dun CRT provenaient de cathodes chaudes par émission thermionique. Typiquement, les surfaces seraient denviron 1000 K, et ce serait également la température des électrons. (Mais en général, il ny a pas de véritable équilibre thermodynamique entre la charge despace et le solide.)
Ensuite, un canon à électrons accélérerait les électrons à des énergies de dizaines de keV, mais cela ne change pas le distribution des vitesses délectrons. Cela ne change pas la température de la poutre.
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