電子帶負電荷,原子帶正電荷,為什麼電子不會掉入原子核中?

10 個回答
星辰大海路上的种花家
2019-06-24

電子帶負電荷,原子帶正電荷,為什麼電子不會掉入原子核中?

這可能是很多朋友搞不清楚的問題!按一般意義上理解,正負電荷會互相吸引之後逐漸靠攏,並最終合為一體,無論是引力還是電磁力或者弱力與強力,都是這個結果!而正負電荷屬於電磁力,為什麼電子還有自己的獨特的軌道?為什麼還沒有墜入原子核?

電子帶負電荷,原子帶正電荷,為什麼電子不會掉入原子核中?

我們先簡單介紹下原子的模型,現代原子模型是薛定諤的量子力學即電子雲模型,原子核在中心,而電子則以電子概率雲模式出現在原子核周圍!而電子的軌道描述的只是電子並不是隨機出現的,而是在它的軌道上(能級)上隨機出現!

一、電子為什麼會以軌道的概率雲模式出現?

其實要解釋清楚這個問題必須要引入另一位大神普朗克,因為他在研究黑體輻射時引入了量子的概念,他認為能量都是一份份出現的!引入這個概念後完美的解決了紫外災變,即在計算黑體輻射強度時用到的瑞利-金斯定律在輻射頻率趨向無窮大時計算結果和實驗數據大相徑庭的有趣結果!這個結果告訴我們,能量並不是連續的!

電子帶負電荷,原子帶正電荷,為什麼電子不會掉入原子核中?

而我們生活中的大部分能量來源或者媒介主要就是電子的電磁輻射,電子的能級(軌道)與輻射有這密切關係,輻射後的電子會跌落到能級比較低的軌道,因此這最小的一份份就決定了電子能級的軌道是突變的,而無法做一個連續的軌道能級升遷!

電子帶負電荷,原子帶正電荷,為什麼電子不會掉入原子核中?

而電子的另一個特性則是動量位置與動量時間是無法同時確定的,這早已有海森堡不確定性原理為之背書,當然沒法告訴各位這是為什麼,量子世界有其獨特的運行規則,就像真空中的光速為什麼是299792458米/秒一樣!

二、為什麼電子不會被原子核吸引?

要解釋這個問題得引入兩個概念

1、海森堡不確定性原理

2、泡利不相容原理

  • 海森堡不確定性原理上文已經有簡單說明,這是量子世界遵循的第一定律,因此電子的運行首先受到此定律影響,它不可能在無限靠近原子核的位置運行,因為越靠近,那麼它的位置和速度就會可能會被同時確定!

  • 而另一個泡利不相容原理則是不能有兩個或兩個以上的粒子處於完全相同的狀態,當電子無限靠近原子核時,就會出現這種狀態!

電子帶負電荷,原子帶正電荷,為什麼電子不會掉入原子核中?從這兩個原理來說,電子靠近原子核需要有強大的能量或者壓力支撐,因為不確定性原理與泡利不相容原理,使得看起來電子是墜入原子核,但其實卻是爬上一座難以逾越的高山!

三、電子可以“墜入”原子核嗎?

當然可以,白矮星物質的狀態就是電子留在原子核外的最後倩影!因為再往前一步就是電子墜入原子核成與原子核中的質子中和成了中子,此時不再有電子,也不再有質子,有的只是被中微子帶走的能量和留下的中子!

電子帶負電荷,原子帶正電荷,為什麼電子不會掉入原子核中?

只有有足夠大的引力,啥事不會發生呢?甚至一直可以坍縮到黑洞!

科学认识论
2019-11-24

這個問題確實是沒有系統學習量子力學之前很困惑的一點。我們就簡單的來說下吧!

為什麼會認為電子會掉入原子核?

其實這個問題不僅僅是題主困惑,連一百多年前的物理學家就是這麼認為的。著名的原子模型棗糕模型就是這樣
電子帶負電荷,原子帶正電荷,為什麼電子不會掉入原子核中?

盧瑟福的散射實驗證明原子裡面其實絕大多數地方都是空的。電子離原子核挺遠。人們才開始意識到電子不會墜入原子核!

但為什麼呢?因為經典電磁學理論告訴我們帶電粒子有加速度時會釋放出電磁波。那麼在電子不斷地釋放出電磁波,必然會不斷地損失能量,使得軌道越來越低,直到掉入原子核呀?

按照這個理論想,還確實是一回事。但是正是這些用經典理論無法解釋的現象才促使物理新大門的打開。
電子帶負電荷,原子帶正電荷,為什麼電子不會掉入原子核中?

其實量子力學告訴我們:原子並不能像宏觀物體一樣可以釋放任意小份的電磁能量。原子能夠釋放的能量是分立的一些值,這叫能量量子化。電子只能處在一些特定的“能級”上。所以哪怕電子帶電且做著加速運動,如果將要釋放的電磁能量的值不是正好等於兩個能級的能量差的話,這個電磁輻射就會被禁止。所以電子可以在離原子核較遠的軌道穩定運動。

真的無法掉下去嗎?

看完前面你應該會想原來如此,但是我想說:稍等稍等,我要裝逼了!!!

量子力學解釋了為什麼電子不會掉進原子核中,但是它也告訴我們事實無絕對,電子也可以掉入原子核中(除過中子星巨大引力的那種情況),只要超過相對論電子簡併壓就行了。掉進去碰上質子變成中子跟電子中微子。
電子帶負電荷,原子帶正電荷,為什麼電子不會掉入原子核中?

如果有興趣的話可以去了解下電子簡併壓,但是友情提示最好物理基礎知識比較紮實。


評論留下你的看法!

艾伯史密斯
2019-06-17

答:因為在量子力學中,能量是一份一份的,這個條件限制了電子圍繞原子核運動的軌道,使得一般情況下電子不會墜入原子核。


原子的經典模型

1897年湯姆生髮現電子,經典物理學對原子的模型,就是電子圍繞原子核運行,電子帶負電,原子核帶正電,由庫侖力提供向心力。

電子帶負電荷,原子帶正電荷,為什麼電子不會掉入原子核中?

根據經典力學的描述,電子繞核做圓周運動,就會對外產生電磁輻射,使得電子損失能量,然後軌道降低,直到墜入原子核,經過計算,該過程幾乎就是瞬間完成的,按照經典力學的模型,原子幾乎不可能穩定存在,這個問題一直困擾著物理學家們。


量子力學的描述

在一百多年前,經典力學的科學家們不止遇到這麼一個棘手的問題,其中德國科學家普朗克,為解決黑體輻射問題提出量子的概念,從此打開了量子力學的大門。

電子帶負電荷,原子帶正電荷,為什麼電子不會掉入原子核中?

根據量子力學的描述,電子發射的能量是一份一份的,能量不可能無限細分,於是電子圍繞原子核運動,輻射的電磁波(光子)能量是受到限制的,這使得電子只能以特定的軌道圍繞原子核運動,不會墜入原子核。

量子的提出,解決了經典力學的很多問題,也徹底改寫了原子的物理模型,目前量子力學解釋電子繞核運動的是電子雲模型,電子在當前軌道附近出現的概率最大。


電子真的無法墜入原子核嗎?

當然也有特殊情況,由於相對論速度是有限值,當原子所處的能量態很高,超過了電子簡併壓力時,電子也是可以墜入原子核的,此時電子會墜入原子核與質子中和,形成不帶電的中子,並由中微子帶走一部分能量。

電子帶負電荷,原子帶正電荷,為什麼電子不會掉入原子核中?

這種情況發生在中子星形成時,恆星強大的引力超過了電子簡併壓力,然後由中子簡併壓力抵抗萬有引力,當中子簡併壓力也無法抵抗引力時,中子星會繼續塌縮成夸克星或者黑洞。


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手机用户54578927414
2019-06-28

謝邀!

這個題目是否可以這樣回答,一般情況下不可能掉入,特殊情況下才會走到一起。

不會掉入理由是,電子離開原子核很遠,它的動能又很小。就是加它與質量之間的庫倫力,仍不足以敲開原子核。因此也不存在電子不斷損失能量降低軌道,掉入原子核的問題。

特殊情況下會進入。譬如,超新星爆炸時,其核心的巨大壓力,能使電子壓入原子核。請指正。

长眉1958
2019-10-05

題主第二句,應該是“原子核帶正電",原子對外不顯正負電,只有在電離狀態下,對外顯正電,屬於失去核外電子的離子態。電子為什麼沒有掉進原子核?早期科學界曾經認為原子就如縮小的太陽系,電子繞原子核旋轉,跟行星繞太陽運轉差不多,隨著核作用力和量子力學研究的深入,人們才認識到原子跟太陽系的引力作用還是有區別的。磁力和引力的共性,是它們的力場都產生於宏觀物質和微觀物質的螺旋旋渦運動,星系產生於星雲的扁平螺旋旋渦裡,科學家也稱電子為電子雲霧,說它們都是旋渦體系,是符合物質宇宙構造宏觀和微觀物質個體規律的,太陽系的引力平衡態,與原子的能量磁力平衡態,從力學原理上講,還是沒有本質區別的,量子的能量包,其一份一份性,就是螺旋旋渦的週期性,螺旋運動都是滿一個週期,才能進入下一個週期,螺旋結構物質的週期性,決定了量子整體份量,就像螺旋圓周運動不會以二分之一三分之一進入下一個週期,能量子也不會以幾分之幾釋放,而是以波包的形式存在,波就是螺旋的變形形式,分析這些,講的都是微觀宏觀的共同之處,科學家追求大統一,應從宇宙物質的螺旋運動和螺旋結構去考慮,電子的能級跟行星的軌道有何異同,是可以搞清楚的。一點淺見,歡迎閱者雅正!

3级粒子
2019-10-05

謝謝邀請!這一問題應該說是無解的,如您所說:電子帶負電荷,原子核帶正電荷,按現在解釋應該是正負相互吸引,原子是應該塌縮,但是實際是我們的世界依然五彩繽紛,又有運動一說,那運動的力量從哪裡來,所有的電子都是永動機嗎?還有分層排布,兩個電子佔一個軌道的理論,兩個帶負電荷的電子在同一條軌道上,如何相安無事,這時是處於基態的,基態時電子是運動的還是不運動的,不運動的瞬間就塌縮了,如果運動各層的電子以什麼方式互動,像死亡球一樣?能量來自哪裡,我覺就得我們對原子的結構遠遠還沒有弄清楚,盧瑟福的實驗只能證明原子由很小的原子核和電子組成,原子核和電子受力後運動方向不同,這裡有三組射線,現在只知道了兩組,另一組仍以射線解釋,我想這不免有些牽強,伽馬射線一定是一個我們還沒有認知的粒子(本人猜測),他受電和磁的干擾較小,但是這些基礎性的東西現在沒人研究了,一量子以蔽之,都解決了。

金童希瑞
2019-10-05

電子沒有體積,怎麼會掉入原子核中。

電子是能量,是依賴於金屬態氫離子而存在的磁場;電流是磁場裡光速流動的金屬態氫離子聚合形成新物質時產生的電磁波(衝擊波)。

宇宙射線或導體切割磁力線產生金屬態氫離子,金屬態氫離子自旋的“磁矩”與“被切割磁力線”相互作用,這就是所謂的“能量”——光。

電子的能級或軌道是金屬態氫離子光速自旋產生的“磁力矩”。“北極光”就是太陽射線產生的金屬態氫離子定向北移與地球磁力線相互切割產生的能量。


電子帶負電荷,原子帶正電荷,為什麼電子不會掉入原子核中?
原黄烈平
2019-12-05

此問題回答有難度,以前回答過現在想來也是回答不滿意,這次再來,請大家欣賞閱讀,肯定有特別的收穫,不如意儘管留言罵就行。質子和電子一直都在運動中,星球也一直在運中,能量來自那裡?正負電性又怎麼一回事,解釋這些現象才能回答此問題,要據現代理化知識和宇宙現實去綜合分析才是正道,違背科學的猜側和瞎說等於白說。

據任何物質和世物都存相生,相反,相對的對立面,反之宇宙一切皆無,故宇宙由正負粒子組成,可理解為暗物質,正負之吸引與排斥正是相生相對相反,符合物質規律。

正負粒子的規律運動形成電磁波,該運動也可解釋成整個宇宙在規律運動,帶動所有星系在高速規律運動,宇宙電磁波為宇宙總能量,電子,質子也是它提供能量,因任何物質和粒子都浸泡在宇宙正負粒子中(稱場或電場,也稱暗能量),並漂浮星系星球。

何為正負?拿電子與質子來解釋分析,質子和電子都為能量體,必然自旋,自旋產生規律的旋渦狀電磁波,由於二者自轉方向相反,其波形相反,故力相反,加上二者有一定距離,故電子不墜入質子,這就是回答結果。粒子的自轉方向相反形成正負電性。以符合上述之相生相反相對。當然個人認為中子也有電性和自轉,只不過它的電性是質子和電子二者之中點,中子在平衡原子電平衡和穩定原子結構有重要作用,待今後驗證。

這個理論也給正負電性產生磁性也帶來正解,原子內電子和質子兩個相反電磁旋渦運動切割擠壓碰撞,形成新的電磁波流,並衝出原子形成循環,這就是磁性或磁能,在n個原子或宇宙正負粒子規律排列形成磁鐵場和星球磁場。

上述就是是電生磁源於力切割,而現實之轉動的磁能又生電,也是切割旋轉之動能,二者之本質又聯繫上了,實質宏觀與微觀結構和功能相似,故行星和恆星的自轉切割產生電磁能也是同理,又是產生恆久高能釋放的本質,也是磁電互生的圓滿解釋,也是對今天問題的圓滿回答,謝謝大家閱讀。

原創理論,引用聲明,寫作辛苦,希望大家多支持和轉發。

逍遥144112844
2019-11-24

1.現今我們對原子核與電子的描述,都是給的平面圖形,是一種理想的情形。

2.但是電平衡,是一種事實,否則雜亂無章,怎麼對它進行研究。

3.既然我們稱原子核必將有一個想象的外層包裹,電子又為什麼非要進入核內,豈不是核成了多於無用之物了嗎?

地球對我們有吸引力,我們就應該都地心才對。事實卻不是。

4.科學可以是從假設開始研究的。物理中講質點,是有質量沒有體積,誰能解釋,無稽之談;直線沒有端點,要它有何用。材料是均勻的,我們幾時看到有一種有形的材料,受到破壞力,成為細小的粉末,那麼多細小才算數,也全是無一定論。

5.人類社會的發展,無不是有了意識,開始研究、實驗、總結得到的。

總之,本來模糊的,為什麼刻畫是是非是,做無功之勞呢?!

远处之光
2019-10-07

這個問題可利用不確定性原理加以理解。不確定性原理是一條深邃的原理,物質世界的許多基本秩序都由該原理確定。該原理聲稱,某對象的位置變化量與動量變化量的乘積不能無限小,並且不小於某一微小的常數。比如在x方向上的具體表現是Δx.Δpx≥h/2π,h是普朗克常數。就是說,把一個對象越侷限狹小的區域內,這個對象就越需要一個較大的動量與其匹配,即Δx減小會導致Δpx增大。有了這些觀念就可以估計一下原子應該具有的尺度。以氫原子為例,設電子出現在原子核(質子)周圍半徑為Δr的球形區域內,在x方向電子至少應具有動量Δpx=h/4πΔx,同理電子在y,z方向的動量最小值分別是,Δpy=h/4πΔy,Δpz=h/4πΔz。電子相應的動能

Ek=(Δp)²/2m≈9h²/(32π²mΔr²)

≈8.6×10^-20/(Δr)²eV.

而電磁力能夠提供的靜電勢能

Ep=e²/(4πε0Δr)≈1.4×10^-9/Δr.

基於上述分析,如果電子被原子核俘獲,其位置範圍需要在Δr=10^-15m尺度,對應的動能Ek=86GeV,而靜電勢能Ep=1.4MeV,比動能小了4個數量了。可見靠原子核與電子之間的靜電吸引是無法將電子束縛在原子核尺度內的。如果將電子的範圍束縛在原子尺度內,即Δr~0.5×10^-10m,則電子動能與勢能具有相同數量級。所以原子具有10^-10m尺度是合理的,也是必然的,因為構成原子的基本作用是電磁力。

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