A temperatura de um elétron
On Janeiro 31, 2021 by adminUm elétron tem uma temperatura, se sim, qual é?
Imagine um elétron (Ke = 1 eV) em um tubo em temperatura ambiente (300 K)
qual é a sua temperatura?
Imagine agora o mesmo elétron no espaço (3 K) com o mesmo Ke, é diferente do outro?
Qual é a influência da temperatura externa nos elétrons?
Esses elétrons têm energia elétrica ou temos essa energia apenas quando o elétron atinge algo e descarrega seu Ke?
Comentários
- Somente sistemas em equilíbrio termodinâmico têm temperatura, portanto, não, um elétron não tem temperatura.
Resposta
Temperatura é uma medida definida na matemática da termodinâmica. Quantidades termodinâmicas emergem da mecânica estatística, então existe uma definição de temperatura:
Exceto no regime quântico em temperaturas extremamente baixas, a temperatura termodinâmica de qualquer volume A quantidade de uma substância (uma quantidade estatisticamente significativa de partículas) é diretamente proporcional à energia cinética média de um tipo específico de movimento de partícula conhecido como movimento de translação. Esses movimentos simples nas três dimensões dos eixos x, y e z do espaço significam que as partículas se movem nos três graus espaciais de liberdade. A temperatura derivada dessa energia cinética translacional é algumas vezes referida como temperatura cinética e é igual à temperatura termodinâmica em uma ampla faixa de temperaturas. Como existem três graus de liberdade de translação (por exemplo, movimento ao longo dos eixos x, y e z), a energia cinética de translação está relacionada à temperatura cinética por
onde:
E_bar é a energia cinética média em joules (J) e é pronunciado “E bar” k_B = 1,3806504 (24) × 10 ^ −23 J / K é a constante de Boltzmann e é pronunciado ” Kay sub bee ”T_k é a temperatura cinética em kelvins (K) e é pronunciado“ Tee sub kay ”
Portanto, as partículas individuais têm energia cinética e temperatura é definido pela média do conjunto.
Um elétron dentro do elemento quente do tubo de raios catódicos, antes da emissão, participará da definição da temperatura média do filamento, quando ele é ejetado terá uma temperatura específica momento tirado da distribuição de energia cinética no filamento. No vácuo do tubo, não há conjunto para gerar a temperatura, o elétron vai manter essa energia cinética e aumentá-la de acordo com o campo imposto que o está atraindo para o cátodo.
Acenando com a mão, se alguém assumisse que a energia cinética do único elétron que incide sobre o cátodo representa uma média de um conjunto, poderíamos dizer que o elétron tem a temperatura do plasma solar, por exemplo, mas é uma atribuição desleixada e incorreta.
Comentários
- Se você tivesse um gás de elétron, ou elétrons em plasmas (gás de íons e elétrons), eles participariam na construção da cinética média energia que pode ser classificada como temperatura. en.wikipedia.org/wiki/Affet Um elétron individual apenas tem energia cinética. O elétron se move em x, y, z e também tem direções quando livre
- você quer dizer que ele se move nas direções x, y, z ao mesmo tempo, quando livre, como em um tubo? que tipo de movimento pode ser?
- Seu movimento é uma função de (x, y, z). Tenho a impressão de que é uma parábola wps.aw.com/wps/media/objects/877/898586/topics/topic07.pdf em um tubo de vácuo. x, y, z são coordenadas que definimos a partir de uma origem (0,0,0) que pode ser escolhida por conveniência. A animação mostra trajetórias parabólicas
Resposta
A temperatura é uma medida da energia cinética média das moléculas.
Se houver equilíbrio térmico, a temperatura é constante e, em média, a energia cinética líquida ganha ou perdida por uma molécula durante uma colisão é zero.
Se um elétron de 1 eV é injetado em uma caixa que contém elétrons que estivessem a uma temperatura de 300 K o que aconteceria?
Elétrons a 300 K têm uma energia cinética média de $ \ frac {1} {25} = 0,04 $ eV e têm um movimento de direção aleatório. O elétron de 1 eV colidiria com os outros elétrons e inicialmente, em média, perderia energia cinética e o resto dos elétrons ganhariam essa energia cinética.
No processo, o movimento de 1 eV seria aleatório e eventualmente seria torna-se em média um elétron de 0,04 (mais uma pequena quantidade) eV.
Injetar um elétron de 1 eV em uma caixa de elétrons a 7500 (= 25 $ \ vezes $ 300) K resultará no movimento do elétron sendo randomizado e com uma energia cinética média de 1 eV.
No espaço profundo, se o elétron de 1 eV “viver” por tempo suficiente, ele se tornará um elétron de 0,0004 eV em movimento aleatório “em média”.
Resposta
Os elétrons de um CRT vieram de cátodos quentes por emissão termiônica. Normalmente, as superfícies seriam cerca de 1000 K, e essa também seria a temperatura dos elétrons. (Mas geralmente, não há equilíbrio termodinâmico real entre a carga espacial e o sólido.)
Então, um canhão de elétrons aceleraria os elétrons para energias de dezenas de keV, mas isso não muda o distribuição das velocidades do elétron. Não altera a temperatura do feixe.
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