Если мы удалим все электроны из проводника, как положительный заряд сможет перестроиться?

Если вы вдруг удалите из куска материала все электроны или даже только валентные электроны, у вас останется огромная концентрация положительных ионов в небольшом объеме, которые будут оказывать друг на друга сильное электростатическое отталкивание. Поскольку у вас больше нет связующего влияния электронов, противодействующего этому отталкиванию, материал взорвется в очень короткие сроки в процессе, известном как кулоновский взрыв.

Чтобы выразить некоторые цифры, предположим, что у вас есть один кубический миллиметр железа, и вы внезапно удаляете один электрон с каждого атома. Оказывается, это о$0.00014\:\mathrm{mol}$железа, но поскольку число Авогадро такое огромное, это примерно$8.491\times 10^{19}$электронов и соответствующий заряд около$13.6\:\rm C$в сфере, распределение электростатического заряда, которое сохраняется около$1.6\times 10^{15}\:\rm J$энергии или около$385$килотонн тротила, т.е. примерно в двадцать раз больше, чем взрыв, уничтоживший Хиросиму.

(И, очевидно, это количество энергии, которое вам нужно будет приложить, чтобы иметь возможность внезапно удалить все эти электроны. Говоря более человеческим языком, это$1\:\rm GW$электростанция работает без остановок 18 дней. И, как упоминалось в комментариях, это количество энергии примерно в двадцать раз превышает исходную массу покоя железа.)

Тем не менее, если вы значительно уменьшите масштаб, то кулоновские взрывы могут стать вполне разумными вещами и действительно важными исследовательскими инструментами. Обычно вы делаете это с небольшими молекулами и атомными кластерами (то есть от нескольких до нескольких сотен атомов), где у вас есть несколько сотен электронов или около того (вместо десятков квинтиллионов), и вы удаляете их с высокой скоростью. - интенсивный пучок высокой энергии фотонов, исходящий от лазера на свободных электронах (ЛСЭ). В процессе вы могли бы затем получить спектры дифракции рентгеновских лучей отдельных молекул, информацию о начальной структуре, откуда разлетелись атомы после взрыва, или вы могли бы просто узнать о физике процессов ионизации и взрыва. Чтобы получить хороший обзор, посмотрите эти слайды Кристофа Бостедта или статьи в этом поиске Google .

Вы не сможете удалить все электроны любого проводника, независимо от того, какого рода... Удаление электронов из любого проводника происходит от валентных электронов атомов, в частности от одного электрона, наиболее слабо связанного с ядром.

По мере того, как вы продолжаете движение, удаляя все больше и больше электронов из проводника, я думаю, вы должны достичь точки, в которой проводник разорвется на части, поскольку межатомные/молекулярные силы, которые удерживают их атомы/молекулы вместе, подавляются кулоновской силой. между положительными зарядами в этих атомах/молекулах.

Ключ к ответу в том, где вы приравниваете недостаток электронов к избытку протонов. Это очень вводящая в заблуждение аналогия. Правильная аналогия на самом деле состоит в том, чтобы приравнять электроны (носители отрицательного заряда) к дыркам (что означает отсутствие электрона там, где он должен быть. Дырки заряжены положительно).

Протоны закреплены на месте (по крайней мере, в твердом теле, а если не учитывать броуновское движение и тому подобное). Они «вморожены» в ядро ​​каждого атома.

Один грамм меди или один сантиметр медной проволоки содержит определенное количество атомов и, следовательно, определенное количество протонов, и это не меняется ни на что.

Теперь в нейтральном веществе в среднем на каждый протон приходится один электрон . Отдельные атомы могут потерять один или даже два электрона, что делает их положительными ионами. Однако, когда это происходит, эти ионы обладают сильной силой притяжения к электронам. Удаление первого электрона из нейтрального атома, как правило, легко (в проводнике). Удаление второго электрона становится все более трудным, а удаление третьего электрона или даже большего количества электронов становится постепенно более трудным и, в конце концов, невозможным просто потому, что атом становится все более и более положительно заряженным и, следовательно, притягивающим электроны.

Но гипотетически предположим, что вы могли бы удалить все электроны из вашего проводника, и вы могли бы предотвратить возвращение электронов из окружающего воздуха. Первое, что произойдет, это то, что все оставшиеся атомные ядра оттолкнутся друг от друга. Ваш проводник распался бы (вероятно, с огромным взрывом).

Теперь, если бы вы могли предотвратить и это, у вас все равно не могло бы быть электрического поля. Между двумя зарядами существует электрическое поле . Электрон не «имеет» электрического поля. Протон не имеет электрического поля.

Итак, если бы вы могли удалить все электроны из проводника (чего вы не можете) и предотвратить его разлет (чего вы не можете), не осталось бы ничего, что могло бы генерировать электрическое поле.