电子从哪里获得能量围绕原子核旋转,如何证明电子围绕原子核旋转

电子曾经被认为像行星围绕太阳一样围绕原子核运行。这张照片后来被现代量子力学抹去了。

当量子力学窥探内部时，我们对原子的认识永远地改变了。 （图片来源：Rost-9D via Getty Images）

一个原子最好被形象化为一个紧密、致密的原子核，周围环绕着嗡嗡作响的轨道电子。这张图片立即引出了一个问题：电子如何在不减速的情况下继续围绕原子核旋转？

这是 20 世纪初的一个热点问题，对答案的寻找最终导致了量子力学本身的发展。

20 世纪初，经过无数次实验，物理学家才刚刚开始拼凑出一幅连贯的原子图景。他们意识到每个原子都有一个致密、重、带正电的原子核，周围环绕着一团带负电的微小电子。考虑到总体情况，他们的下一步是创建一个更详细的模型。

在这个模型的最早尝试中，科学家们从太阳系中获得灵感，太阳系有一个密集的“核”（太阳），周围环绕着一个由较小粒子（行星）组成的“云”。但是这个模型引入了两个重大问题。

例如，加速的带电粒子会发射电磁辐射。而且由于电子是带电粒子，它们在轨道上加速，它们应该发射辐射。根据田纳西大学诺克斯维尔分校的说法，这种发射会导致电子失去能量并迅速盘旋并与原子核碰撞。在 1900 年代初期，物理学家估计，这样一个向内的螺旋将需要不到万亿分之一秒或皮秒。由于原子的寿命显然比皮秒长，所以这是行不通的。

第二个更微妙的问题与辐射的性质有关。科学家们已经知道原子会发射辐射，但它们是以非常离散的特定频率发射的。一个轨道电子，如果它遵循这个太阳系模型，就会发射各种波长，这与观察结果相反。

量子修复

著名的丹麦物理学家尼尔斯·玻尔是第一个提出解决这个问题的人。1913 年，他提出原子中的电子不能只是拥有他们想要的任何轨道。相反，根据他随后的诺贝尔奖引文条目，它们必须被锁定在离原子核非常特定距离的轨道上。 此外，他提出电子可以达到的最小距离，并且它不能更靠近原子核。

他不只是从帽子里拿出这些想法。根据 HyperPhysics 参考资料，十多年前，德国物理学家马克斯·普朗克 (Max Planck) 提出辐射的发射可能是“量子化的”，这意味着一个物体只能以离散的块状吸收或发射辐射，并且没有任何它想要的价值。。 但是这些离散块的最小尺寸是一个常数，后来被称为普朗克常数。在此之前，科学家们认为这种辐射是连续的，这意味着粒子可以以任何频率辐射。

普朗克常数与角动量或做圆周运动的物体的动量具有相同的单位。因此，玻尔将这个想法引入了围绕原子核运行的电子，他说电子的最小可能轨道将等于恰好一个普朗克常数的角动量。更高的轨道可能有这个值的两倍，或者三倍，或者普朗克常数的任何其他整数倍，但绝不是它的任何分数（所以不是 1.3 或 2.6 等等）。

写出普朗克常数。（图片来源：通过 Getty Images 的 ragsac）

要理解为什么电子有这样一个最小轨道和明确定义的更高轨道，这需要量子力学的全面发展。与所有物质粒子一样，电子既表现为粒子又表现为波。虽然我们可以将电子想象成一个围绕原子核运行的小行星，但我们可以很容易地将它想象成一个环绕原子核的波。

密闭空间中的波浪必须遵守特殊规则。它们不能只有任何波长；它们必须由适合空间内的驻波制成。就像有人演奏乐器一样：例如，如果您固定吉他弦的末端，则只有某些波长适合，从而为您提供单独的音符。类似地，围绕原子核的电子波必须适合，并且电子到原子核的最近轨道由该电子的第一个驻波给出。

量子力学的未来发展将继续完善这幅画，但基本观点仍然存在：电子无法更靠近原子核，因为它的量子力学性质不会让它占用更少的空间。

增加能量

但是有一种完全不同的方法来检查完全不依赖于量子力学的情况：只要看看所涉及的所有能量。围绕原子核运行的电子被原子核电吸引；它总是被拉得更近。但是电子也有动能，它可以把电子飞走。

对于一个稳定的原子，这两者是平衡的。事实上，轨道上电子的总能量是其动能和势能的组合，是负的。这意味着如果你想去除电子，你必须给原子增加能量。这与围绕太阳运行的行星的情况相同：要将行星从太阳系中移除，您必须向系统添加能量。

看待这种情况的一种方法是想象一个电子“落”向一个原子核，被它的相反电荷吸引。但由于量子力学的规则，它永远无法到达原子核。所以它被卡住了，永远在轨道上运行。但是这种情况是物理学允许的，因为系统的总能量是负的，这意味着它是稳定的并结合在一起，形成了一个持久的原子。

有人说电子无质量，那它又如何会产生能量的？能量又怎么产生的？在导线上又是怎么传递的？

关于电子无质量这是错误的说法，电子的质量是m/1840，而m等于1.6726231x10的-27kg。所谓没有质量我们认为的是光子静止质量为0。我们知道，光子是电磁波的组成单位。关于能量这里只作部分解释，这里我们需要了解玻尔的原子模型。电子围绕着原子核运转。当它由高能级，向低能级跃迁时。就会放出能量，但这是有极限性的。电流的产生是电子的定向移动而产生的。电流它并不是能量，电流I是单位时间内通过某一横截面的电荷数,不是能量,可以理解为水的流量。电流I乘以电压U才是单位时间内的能量即功率P.

电从用电器出来,消耗的不是电流I而是电压U,电压就相当于水的势差。等效于,水从发电机进去然后出来,流量依然不变,变的是水的势差,减少的是水的势能。

为什么电子围绕原子核做高速运动，运动的能量来源于哪里？

因为原子核与电子之间存在万有引力，又因为原子核具有自转，这样万有引力就会受自转的影响和作用，使万有引力产生弯曲，弯曲就会逐渐与原子核表面平行，所以电子围绕原子核做高速运转。运转的动力来源于，原子核内部颗粒之间间隙，即质子、中子，或它们之间间隙。而这些间隙都是磁场粒子产生的空间。但产生空间的磁场粒子之间还有间隙，那么磁场粒子的间隙，即空间的间隙。而空间间隙是绝对真空的，这样绝对真空周围的磁场粒子，就会对空间间隙产生压力。因为空间间隙是绝对真空，是零；而空间周围，因有磁场粒子存在，不是零。这样零与不是零，就要产生平衡，也就是要产生一个力。这个力，首先因为磁场粒子之间的弧度，使磁场粒子的每一个质点受力是有区别的。这个区别便使磁场粒子产生运动，或产生旋转。同样质子中子的每个质点，也会效仿产生运动或旋转。即运动的能量来源于空间间隙，来源于粒子弧度产生的区别，来源于平衡。

电子绕核转动的能量来源

按经典物理学，电子绕原子核做圆周运动，电子有加速度，由于电磁感应，变化的电场激发变化的磁场，变化的磁场也要激发变化的电场；但能量是守恒的，于是产生电磁场的传播，电子因辐射能量而变得不稳定。
当然，我们都知道原子是稳定的，其原因要解释起来的话又是一番长篇大论——而且你肯定不需要我赘述了，对不？