Блогът на budha2 :: Електронът – легенди и действителност

Постинг

Обратно към блога | Предишен постинг | Следващ постинг

28.03.2016 00:53 - Електронът – легенди и действителност

Автор: budha2 Категория: Технологии

Прочетен: 2412 Коментари: 0 Гласове:

Последна промяна: 16.07.2017 13:27

Легендите. В непълното досие на електрона съвременната физика го описва като: лептон, фермион, безразмерна и безструктурна точкова, истински елементарна частица, която притежава маса, спин и магнитен момент. Има двойствена природа – проявява се ту като вълна, ту като частица и дори може да бъде на две места едновременно!

Но върхът на чудесата е свързан с въртенето на електрона: ако си го представим като топче, направим резка върху повърхността му и започнем да го въртим около оста му, то резката ще се появи към нас не след 3600, а след 720 градуса – т.е. след двукратно завъртане!

Квантов атомен модел на Бор

Квантовият модел се основава на някои изходни положения,наречени послутати на Бор:

1. Електронът се движи по кръгови орбити около ядрото. Това движение се извършва под действие на електрична сила,която протонът привлича електрона. Движението на електрона е подобно на движението на планетите около Слънцето: колкото по-голяма е енергията на електрона,толкова по-голям е радиусът на неговата орбита.

2.Само някои от електронните орбити са стабилни. Когато електронът се намира на стабилна орбита той не излъчва. Всяка стабилна орбита има точно определен радиус и на нея съотвества точно определена енергия на елктрона. Тази енергия е сума от кинетичната енергия на движение на електрона по стабилната орбита и потенциалната енергия на елктрични взаимодействие между електрона и ядрото.

Потенциалната енергия на електрично привличане между електрона и ядрото е отрицателна и по модул е по-голяма от положителната кинетична енергия на електрона. Моделът на Бор е квантов. Положителното цяло число n се нарича квантово число. Квантовото число определя състоянието на елктрона . Енергията En ,която съответства на дадено състояние ,се нарича енергетично ниво. Състоянието с кватово число n=1 се нарича основно състояние. В основното състояние електронът има орбита с най-малък радиус и минимална енергия .

3. Атомът излъчва фотон,когато електронът “прескача от орбита с по голяма енергия в по-ниска орбита. Енергията на излъчения фотон е равна на разликата в нергиите на началното състояние En и крайното състояние En .

Обяснение на спектъра на водорода

При нормални условия електронът на водородния атом се намира в основното си състояние. Когато атомът получи допълнителна енергия ,електронът “ прескача” на някоя от по-горните орбити , т.е. преминава във възбудено състояние,характеризиращо се с квантово число n > 1. Във възбудено състояние електронът може да се намира само за много кратко време. С помоща на моделя на Бор се обяснява и спектърът на поглъщане на водорода. Ако атомът е в основно състояние ,той може да бъде възбуден и да премине в състояние с квантово число n=2 , след като погълне фотон със същата енергия 10,2 eV . Енергията на излъчените и на погълнатите фотони винаги е равна на разликата в енергиите на две от разрешените състояния на електрона : атомът поглъща само фотони с такава енергия ,каквито сам може да излъчва. Затова на всяка светла линия от спектъра на излъчване съответства тъмна линия със същата дължина на вълната в спектъра на поглъщане.

Предимства на модела на Бор

Обяснява експериментално наблюдаваната дискретност на енергийните състояния на водородоподобните атоми.
Обяснява процесите, протичащи вътре в атома, от принципно нови позиции и става първата полуквантова теория на атома.
Евристичното му значение е в смелото предположение за съществуване на стационарни състояния и за скокообразни преходи между тях. Тези положения по-късно се пренасят и към теориите за други микроскопични системи.

Недостатъци:

Не успява да обясни интензитета на спектралните линии.
Работи само за водородоподобни атоми и не работи за следващите по номер атоми в Менделеевата таблица.
Теорията на Бор е логически противоречива: не е нито класическа, нито квантова. В системата от две уравнения, лежащи в основата и?, едното е класическо уравнение за движение на електрона, а другото — квантово уравнение за квантуване на орбитите.
Теорията на Бор се оказва недостатъчно последователна и обща. Затова впоследствие бива заменена със съвременната квантова механика, основана на по-общи и непротиворечиви изходни положения. Днес е известно, че постулатите на Бор се явяват следствия на по-общи квантови закони. Но правилата за квантуване се използват широко и днес като приближени съотношения: често тяхната точност е много висока.

www.izpiti.net/kvantov-atomen-model-na-bor/

Електронът може да излъчва и поглъща всякакви фотони – действителни и виртуални, и по такъв начин взаимодейства с останалите частици. Участва в електромагнитното, слабото взаимодействие и гравитацията. Има брат близнак (наречен позитрон), направен от антиматерия, но с положителен заряд. Двамата братя се раждат заедно в процес, наречен „раждане на двойки” и заедно умират в процес, наречен анихилация.
Нормалният партньор в живота на електрона е протонът, но при определени условия е склонен и към моногамна връзка като образува Куперови двойки. Легендата за неговото раждане е очаровала всички физици – всички електрони са рожба на Големия взрив, състоял се тъкмо преди 13,75 милиарда години.
Тогава първо се родили безброй протони и антипротони, но впоследствие поради асиметрия са останали само протони. После се родили безброй електрони и позитрони, но се появила същата асиметрия…
Не се опитвайте да разберете как в две различни, случайни събития се е получил един и същи резултат (броят на протоните е равен на броя на електроните – примерно 1080). Който вярва, не трябва да мисли!

Вълните на Луи дьо Бройл

Какво не е електронът? Ако сега не можем да кажем що е електрон, то можем да кажем с увереност какво не е той:
Електронът не е точка. Наистина, масата му е близо 2000 пъти по-малка от масата на протона, но това не може да бъде критерий. Да не говорим, че съвременната физика не знае що е това маса.
Представата за точка е проекция на идеята за сферична форма на елементарните частици. Физиката не знае от какво е направена материята и интуитивно предполага, че това е някакво вещество, като например водата, и тогава малките „капчици материя”, стремейки се към минимална повърхностна енергия ще приемат сферична форма. Поради това, макар и негласно, физиците приемат сферичната форма като базисна и затова светът се представя като игра на шишарки. (За справка моля разгледайте моделите за строежа на атомното ядро).
Електронът не е безструктурен. Най очевидното доказателство за това е наличието на внушителен магнитен момент (близо 700 пъти по голям от магнитния момент на протона). Досега никой не е успял да покаже друг начин за образуване на магнитен момент, различен от класическия – циркулация на заряд по затворен контур – т.е. бобина!
Нямаме никакво основание да се съмняваме в законите на Природата, независимо от нашите представи. И в електрона, и в протона циркулират заряди, но площта на контура при електрона е много по-голяма. Излиза, че размерите на електрона са много по-големи от размерите на протона, а протонът не се смята за точков обект!
Електронът не взаимодейства чрез изпускане и поглъщане на реални и виртуални фотони, бозони или каквито и да било частици вестоносци. Представата за пренос на сила на привличане чрез обмен на частици е физичен и математичен абсурд! Обменът на каквито и да е частици винаги е свързан с обмен на импулси и в най-добрия случай би могъл да доведе до възникване на сила на отблъскване.
Лансираната от съвременната физика полева теория на силите е по същество едно фалшиво решение на вековния спор за близко или далечно действие на силите.

Симетрията в природата и във физичните закони са основание за Луи дьо Бройл през 1923 г. да издигне достатъчно смело нова хитетеза. Нима двойствената природа е характерна само за фотоните? Това е много странно. Вероятно такава двойственост проявяват и други микрообекти – електрони, протони и т.н. Според Дьо Бройл всички материални форми имат свойства както на частици, така и на вълни. Тези вълни са наречени вълни на материята или вълни на Дьо Бройл.

Дифракция на електрони
Кратък анализ. Спинът на всички материални частици е ъглов момент. От формулата за спина (J) ясно личи, че в електрона се върти маса (m) със скоростта на светлината (с) по окръжност с радиус r ,

При анализите на тази формула се отделя изключително внимание върху невъзможността маса да се движи със скорост, равна на скоростта на светлината. Това е наистина сериозен въпрос, на който трябва да се намери съответното сериозно решение, а не да се шикалкави, като се отрича физическият смисъл на спина и за него да се говори като за „присъщо свойство”.
Но това е въпрос на интелект. Много по-важен е въпросът: Откъде при описание на структурата на частиците се появява постоянната на Планк? Нали тя е свързана с квантуването на електромагнитната енергия и физическият ѝ смисъл е действие? Очевидно трябва да се започне по-отдалеч.

Двойствената природа на електрона – частица и вълна.

Електромагнитни вълни. Елементарната логика изисква: За да има действие, трябва да има нещо което да „действа”, което ще наречем силов заряд, и трябва да има нещо, което да „противодейства”, което ще наречем Ефир. (Названията не са абсолютни – всеки има право да си измисли свои).
Действието на силовия заряд не е моментално, а протича във времето и пространството (в движение). Производната от действието по времето (t) се нарича енергия:

Логичната интерпретация на получените зависимости е: Силовият заряд действа по синусоидален закон, движейки се със скоростта на светлината, предава действието си на Ефира във вид на енергия и импулс, в резултат на което настъпва поляризация на Ефира, която се разпространява със същата скорост и се възприема като вълна.
Остана да добавим, че обикновената електромагнитна вълна се образува от два противоположни по знак силови заряда, които осцилират последователно. Двата заряда са свързани помежду си в една частица – бипол. Откъде се взимат ли? Целият Ефир е изграден от такива частици с взаимно компенсирани заряди. Поляризацията на Ефира е процес на декомпенсация на зарядите.

Първоначално Дьо Бройл представя формулата за дължината на вълната за фотона, чийто импулс е p = mс. Чрез формулите на Планк E = hν и Айнщайн E = mc2 се изразява т.н. релативистка маса m на фотона (движещ се винаги със скоростта на светлината с):

p = mс = hνc/c2 = hν /c = hν /λν = h /λ

Тогава дължината на вълната на Дьо Бройл за фотона се записва: λ = h/р = h/mc

Дължината на вълната λ, която съответства на всяка друга частица с маса m в движение със скорост v, т.е. обект с импулс p = mv се представя така: λ = h/р = h/mv

Масата на микрочастиците е изключително малка и съответната дължина на вълната на Дьо Бройл е измерима експериментално. Техните вълнови свойства са ярко изразени. Обратно всяко масивно тяло от макросвета има изключително малка дължина на вълната т.е. не проявява вълнови свойства.

http://physicstime.com/

Действителността. Предаването на импулс в Ефира се извършва със скоростта на светлината. Значи еквивалентът на получения в Ефира импулс трябва да се изразява чрез скоростта на светлината: р = m с , където коефициентът на пропорционалност m се нарича маса.
При електромагнитната вълна масата е мигновена поради високата честота на смяна на знака на поляризацията на Ефира, но тя е причината за корпускулярните прояви на светлината. От приравняването на двете формули за импулса следва:

Електронът е постоянно движеща се по окръжност електромагнитна вълна. Дължината на тази вълна се нанася точно два пъти по дължината на окръжността. Следователно, ако вървите по вълната, образуваща електрона, ще направите два пълни оборота (7200 ), докато достигнете до първоначалната резка.

Спинът на електрона е действителен ъглов момент, макар че като цяло електронът не се върти. При всяка пулсация на силовия заряд се образува вълна и фактически масата на електрона не се „върти”, а се „образува” със скоростта на светлината.

Магнитният момент на електрона е еквивалентен на магнитния момент на бобина с две намотки, с площ, определена от радиуса на електрона, и ток, еквивалентен на циркулацията на един силов заряд. Жиромагнитното отношение на електрона се определя от броя на намотките и затова е равно на 2.

Електрическият заряд на електрона е израз на циркулацията на силовия заряд по затворен контур. Положителният и отрицателен електрически заряди съответстват на положителен и отрицателен силов заряд. Съответната поляризация на Ефира също е положителна или отрицателна и това определя структурата на електромагнитната вълна.

Електрическото поле на електрона е периферията на вълната, от която той е образуван. Следователно полето е неразделна част от самия електрон. Полето се състои от отрицателно поляризиран Ефир и теоретически е неограничено в пространството, но плътността на поляризирания Ефир в него намалява обратнопропорционално на квадрата от разстоянието.

Електромагнитното взаимодействие е процес на интерференция на електромагнитни вълни. Отблъскването е реакция на Ефира на увеличаването на плътността на поляризация при налагането на две еднородни вълни.

Привличането е процес на взаимна компенсация на поляризацията при налагането на две вълни, образувани от Ефир с противоположни поляризации.

Схематично изображение на електрон. а) Схема на разположението на кръговата вълна; в) Напречен разрез. Стрелките показват посоката на магнитното завъртане при пулсацията на силовия заряд.

Процесът на анихилация на електрон с позитрон е проста интерференция на две електромагнитни вълни с еднакви честоти и противоположни фази.

Схематично изображение на електрон. а) Схема на разположението на кръговата вълна; в) Напречен разрез. Стрелките показват посоката на магнитното завъртане при пулсацията на силовия заряд.

Процесът на раждане на двойки се състои от разделянето на бипола на обикновената електромагнитна вълна на два бипола с нееднакви по интензивност силови заряди.
Поради разликата в зарядите такъв „несиметричен” бипол се движи по окръжност, образувайки материалната вълна. При определени съотношения на зарядите вълната може да бъде напълно устойчива във времето.
От казаното дотук следва, че електронът като затворена (или зациклена) електромагнитна вълна не може да „поглъща” или „излъчва” електромагнитни вълни, защото това ще наруши неговата устойчивост. Затова електронът не е „квантов” обект.
Добре известен е фактът, че електронът в покой не може да поглъща фотони. Но електронът в движение има съвсем различни свойства – той притежава кинетична енергия, образува увиващо се по посока на движението магнитно поле и може да поглъща и излъчва фотони. Има ли разлика в структурите на покоящ се и движещ се електрон, на която да се дължи разликата в свойствата им?

Дьо Бройлови вълни. В състояние на покой силовият заряд на вълната-електрон обменя с Ефира импулси, равномерно разпределени по периферията на окръжността. При ускорено движение импулсът в посоката на движението нараства, а този в обратната посока намалява. За да се запази целостта на зациклената вълна на електрона, от разликите в импулсите се формира нова електромагнитна вълна.
Това е накратко физичната обосновка на Дьо Бройловата вълна, която фактически носи електрона и създава илюзия за „вълнови свойства” на движещия се електрон. Дьо Бройловата вълна е носител на кинетичната енергия и на увиващото се в посока на движението магнитно поле.
Това се наблюдава пряко при зареждането на кондензатор: При внезапното спиране на движението на електрона върху повърхността на кондензатора не се отделя топлина, което показва, че кинетичната енергия не е свързана с електрона. И кинетична енергия, и магнитно поле като атрибути на дьо Бройловата вълна продължават пътя си през диелектричния слой като ток на изместване.
Вълната поема един електрон от другата повърхност на кондензатора и го понася със скоростта на спрелия електрон. Затова кондензаторите не оказват съпротивление при протичането на променлив ток през тях.
Следователно не е коректно да се говори за „вълнови свойства” на електрона въз основа на дифракционната картина. В дифракцията участва само Дьо Бройловата вълна. Тя минава едновременно през две отверстия (или процепи), но пренася електрона само през едното отверстие. Слуховете за едновременно присъствие на електрона на две места са преувеличени!

Електронът е антиматерия по отношение на протона и това е основната причина той да не участва в силното взаимодействие. Другата причина е в голямата разлика в диаметрите на протона и електрона. Както беше установено по-горе, електромагнитното взаимодействие се осъществява чрез пряк контакт на перифериите на частиците (интерпретирани като полета).
Силното взаимодействие се осъществява във вътрешните области на частиците, за което е необходимо те да бъдат съосно разположени. Физическата същност на силното взаимодействие е съкращаване чрез интерференция на значителни части от вълните, образуващи частиците. Следователно и електроните могат да взаимодействат „силно” и пример за това е образуването на Куперови двойки.
Изложеното дотук е стремеж накратко да се „обгърне” необятният проблем за вълновия строеж на материята. Повече подробности могат да се намерят в моята книга „Мирозданието”, но и с прочетеното в тази статия читателят може да добие ясна, принципна представа за природата на електрона.