De temperatuur van een elektron
Geplaatst op januari 31, 2021 door adminHeeft een elektron een temperatuur, zo ja, wat is dat?
Stel je een elektron voor (Ke = 1 eV) in een buis bij kamertemperatuur (300 K)
wat is de temperatuur?
Stel je nu hetzelfde elektron in de ruimte (3 K) met dezelfde Ke voor, is het anders dan het andere?
Wat is de invloed van externe temperatuur op elektronen?
Hebben die elektronen elektrische energie, of hebben we die energie alleen als het elektron iets raakt en zijn Ke ontlaadt?
Opmerkingen
- Alleen systemen in thermodynamisch evenwicht hebben een temperatuur, dus nee, één elektron heeft geen temperatuur.
Antwoord
Temperatuur is een meting die is gedefinieerd in de wiskunde van de thermodynamica. Thermodynamische grootheden komen voort uit de statistische mechanica, dus er bestaat een definitie van temperatuur:
Behalve in het kwantumregime bij extreem lage temperaturen, de thermodynamische temperatuur van elke bulk hoeveelheid van een stof (een statistisch significante hoeveelheid deeltjes) is rechtevenredig met de gemiddelde gemiddelde kinetische energie van een specifiek soort deeltjesbeweging bekend als translatiebeweging. Deze eenvoudige bewegingen in de drie x-, y- en z-asafmetingen van de ruimte betekenen dat de deeltjes bewegen in de drie ruimtelijke vrijheidsgraden. De temperatuur die uit deze translationele kinetische energie wordt afgeleid, wordt soms kinetische temperatuur genoemd en is gelijk aan de thermodynamische temperatuur over een zeer breed temperatuurbereik. Aangezien er drie translationele vrijheidsgraden zijn (bijv. Beweging langs de x-, y- en z-as), is de translatie-kinetische energie gerelateerd aan de kinetische temperatuur door
waarbij:
E_bar is de gemiddelde kinetische energie in joules (J) en wordt uitgesproken als “E bar” k_B = 1.3806504 (24) × 10 ^ −23 J / K is de constante van Boltzmann en wordt uitgesproken als ” Kay sub bee ”T_k is de kinetische temperatuur in Kelvin (K) en wordt uitgesproken als“ Tee sub kay ”
Dus individuele deeltjes hebben kinetische energie en temperatuur wordt bepaald door het gemiddelde van het ensemble.
Een elektron in het hete element van de kathodestraalbuis zal vóór de emissie deelnemen aan het bepalen van de gemiddelde temperatuur van het filament, wanneer het wordt uitgeworpen, zal het een specifieke momentum ontleend aan de kinetische energieverdeling in de gloeidraad. In het vacuüm van de buis is er geen ensemble om een temperatuur te genereren, het elektron houdt deze kinetische energie vast en verhoogt deze volgens het opgelegde veld dat het naar de kathode trekt.
Door met de hand te zwaaien, als men zou aannemen dat de kinetische energie van het enkele elektron dat op de kathode valt vertegenwoordigt een gemiddelde van een ensemble, zou men kunnen zeggen dat het elektron de temperatuur van het zonneplasma bijvoorbeeld, maar het is een slordige, niet correcte, opdracht.
Opmerkingen
- Als je een elektronengas had, of elektronen in plasmas (gas van ionen en elektronen), zouden ze deelnemen aan het opbouwen van de gemiddelde kinetische energie die als temperatuur kan worden geclassificeerd. en.wikipedia.org/wiki/Average Een individueel elektron heeft alleen kinetische energie. Het elektron beweegt in x, y, z en heeft ook richtingen als het vrij is
- je bedoelt dat het tegelijkertijd in x, y, z-richtingen beweegt, als het vrij is, zoals in een buis? wat voor soort beweging kan dat zijn?
- Zijn beweging is een functie van (x, y, z). Ik heb de indruk dat het een parabool is wps.aw.com/wps/media/objects/877/898586/topics/topic07.pdf in een vacuümbuis. x, y, z zijn coördinaten die we definiëren vanuit een oorsprong (0,0,0) die gemakshalve gekozen kan worden. De animatie toont parabolische trajecten
Antwoord
Temperatuur is een maat voor de gemiddelde kinetische energie van moleculen.
Als er een thermisch evenwicht is, is de temperatuur constant en is de netto kinetische energie die een molecuul tijdens een botsing wint of verliest gemiddeld nul.
Als een elektron van 1 eV wordt geïnjecteerd in een doos die elektronen bevat die waren op een temperatuur van 300 K wat zou er gebeuren?
Elektronen bij 300 K hebben een gemiddelde kinetische energie van $ \ frac {1} {25} = 0,04 $ eV en hebben een willekeurige richtingbeweging. Het 1 eV-elektron zou botsen met de andere elektronen en aanvankelijk zou het gemiddeld kinetische energie verliezen en de rest van de elektronen zou die kinetische energie krijgen.
In het proces zou de beweging van de 1 eV willekeurig worden gemaakt en uiteindelijk zou het worden gemiddeld een 0,04 (plus een kleine hoeveelheid) eV-elektron.
Het injecteren van een elektron van 1 eV in een doos met elektronen bij 7500 (= 25 $ \ maal $ 300) K zal resulteren in een willekeurige beweging van het elektron met een gemiddelde kinetische energie van 1 eV. / p>
Als het 1 eV-elektron lang genoeg “leeft” in de verre ruimte, wordt het een willekeurig bewegend “gemiddeld” 0,0004 eV-elektron.
Antwoord
De elektronen van een CRT kwamen van hete kathodes door middel van thermische emissie. Typisch zouden de oppervlakken ongeveer 1000 K zijn, en dat zou ook de temperatuur van de elektronen zijn. (Maar gewoonlijk is er geen echt thermodynamisch evenwicht tussen de ruimtelading en de vaste stof.)
Dan versnelt een elektronenkanon de elektronen tot energieën van tientallen keV, maar dat verandert niets aan de distributie van de elektronensnelheden. Het verandert de temperatuur van de straal niet.
Geef een reactie