Как движущиеся электроны могут участвовать в электростатическом взаимодействии?

Говорят, что между электронами и атомными ядрами существует электростатическая сила. Однако электростатическая сила применяется к статическим зарядам, т.е. к зарядам в состоянии покоя.

Вопрос: Как может существовать электростатическая сила, если электроны не неподвижны?

В атоме ядро, имеющее положительный заряд, покоится . Даже ядро ​​не находится в покое. Принято считать, что это приближение. Дальше можно спросить, почему электроны не попадают в ядро? И затем вы должны рассмотреть квантовую природу частиц, чтобы ответить на этот вопрос.
Ваша логика предполагает, что электрон и ядро ​​являются классическими зарядами. Применение классического электромагнетизма к атому показало бы вам, что ускоряющийся электрон излучает и в конце концов падает на ядро. Этого не происходит, поэтому картина в вашей голове (с электростатическими «силами») неверна. В квантовой механике частицы не локализованы, поэтому понятие «силы» не особенно полезно. Как сказал @annav, квантово-механическое приближенное описание атома имеет волновую функцию электрона , связанную с электростатическим потенциалом .
@probably_someone, вопрос предполагает только то, что электроны не являются стационарными, а не то, что они являются «классическими зарядами» (я не уверен, что именно вы подразумеваете под этим). Электроны, не являющиеся стационарными и имеющие некоторый ненулевой ожидаемый средний импульс или орбитальный угловой момент, также являются допустимым предположением в квантовой теории, например, если атом находится в поле внешней электромагнитной волны, ожидаемый средний импульс электрона в некоторый момент времени т обычно не равен нулю.
@ JánLalinský Под «классическим зарядом» я имел в виду, что концепция кулоновской силы, действующей на волновую функцию, на самом деле не имеет смысла; следовательно, единственный способ разумно интерпретировать вопрос состоял в том, чтобы сказать, что сила действует на классические частицы или распределения.
ШОБХ спрашивает об утверждении, содержащем электростатические силы и электроны, которые он не понимает. Он не требует, чтобы это утверждение понималось/объяснялось, предполагая, что электроны являются классическими частицами - это ваша интерпретация. Другой способ объяснить это утверждение состоит в том, что «электростатическая сила» - это обычная фигура речи для использования кулоновского потенциала. Если вы считаете, что это утверждение по какой-то причине неверно, я думаю, что лучше всего об этом сообщить в ответе. Сам вопрос в порядке, поспешные выводы в комментарии не оправданы.

Ответы (4)

Кулоновское взаимодействие остается в силе, когда скорости много меньше скорости света. Такой режим называется «квазистатическим», и именно его применяют при анализе электронно-ядерного взаимодействия.

Говоря об электроне и ядре, нужно использовать квантовую механику для моделирования взаимодействия. В квантовой механике кулоновский потенциал входит в дифференциальные уравнения, которые дают собственные функции системы .

Модель Бора была разработана на основе классических идей, описанных Зеро, но правильной моделью является квантово-механическая модель, которая дает спектры атомов и вероятности взаимодействий.

Привет Анна, классическая механика наносит ответный удар! Заменив электростатическую силу более простой версией электромагнитной силы, квантовую механику можно решить с помощью упрощенной орбитальной механики. Вы можете прочитать мой ответ на этот вопрос или прочитать об этом в моем блоге: limitedphysicsblog.wordpress.com/2018/03/19/…

В хорошем приближении ядро ​​можно считать покоящимся, а ядерный потенциал - статическим.

Вы абсолютно правы, нет никакого смысла использовать электростатическую силу для электрона, бегущего вокруг ядра.

Электростатическая сила была сформулирована Кулоном и поэтому также называется силой Кулона. Кулон измерил силы притяжения и отталкивания между заряженными железными сферами. В таком заряженном объекте электроны будут отталкиваться друг от друга, и сила будет действовать во всех направлениях. В неподвижно заряженной железной сфере сила, ток и магнитное поле действуют во всех направлениях, поскольку отдельные электроны движутся во всех направлениях.

Для тока в проводе мы не можем использовать электростатическую силу, так как заряды движутся в одном направлении. Поскольку ток движется в одном направлении, сила и магнетизм действуют в перпендикулярных направлениях, как описано правилом правой руки. Поэтому для зарядов, движущихся в одном направлении, мы используем более простую версию электромагнитной силы.

Нильс Бор использовал электростатическую силу в качестве силы между электроном и ядром. И с его помощью он построил солнечную систему наподобие ньютоновской модели атома, где электроны ограничены боровскими орбиталями. Но теперь мы фотографируем атом, а боровских орбиталей нет, мы наблюдаем электронную дымку, значит, предположение Бора было неверным.

Таким образом, мы можем обновить постулаты Бора нашими новыми наблюдениями. Если мы просто умножим электростатическую силу Бора на боровский радиус, мы освободим электрон от боровских орбиталей и позволим электронам вращаться вокруг ядра в электронном облаке:

введите описание изображения здесь

Затем мы также можем увидеть, как электромагнитная сила действует по-разному в атоме, в токе и в заряженном объекте, все из-за того, что элементарные заряды складываются. Соотношение суммирования элементарных зарядов можно описать следующим образом:

введите описание изображения здесь

Используя эту более простую электромагнитную силу, квантовую механику можно решить с помощью упрощенной орбитальной механики. Он даже дает новый и простой член постоянной тонкой структуры. Вот ссылка на публикацию, решающую QM самым простым способом: http://vixra.org/abs/1804.0050

Как движущиеся электроны могут участвовать в электростатическом взаимодействии?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v