Hur sker anvsändning av en elektron
Hej,
Funderar på en teoretisk fråga. Då en elektron strävar till att återvända sig till sitt grundtillstånd från en högre energinivå, hur "får den tag" i en foton som sänds ut för att göra sig av med energi? Jag menar vart kommer fotonen ifrån eller hur genereras den?
En foton är bara ett knippe med energi (kvantum) som elektronen kan avge ”på egen hand”. Detta knippe med energi beter sig både som en våg (kallad elektromagnetisk strålning, dvs interaktioner mellan det elektriska och magnetiska fältet) och som en partikel (kallad foton). Det kallas för våg-partikeldualitetsprincipen.
Teraeagle skrev:En foton är bara ett knippe med energi (kvantum) som elektronen kan avge ”på egen hand”. Detta knippe med energi beter sig både som en våg (kallad elektromagnetisk strålning, dvs interaktioner mellan det elektriska och magnetiska fältet) och som en partikel (kallad foton). Det kallas för våg-partikeldualitetsprincipen.
Just det, så den så att säga skapar en foton själv. Hur "knuffas" den ut ur elektronen? Jag menar det man vet är att elektron "vill" gå till sitt grundtillstånd, men när det sker är oförutsägbart som jag fattar? Och vad är det egentligen som tvingar elektronen tappa en del av sin EM strålning rent fysiskt förutom viljan? :)
En elektron har ingen vilja, så det är inte riktigt rätt ord. Egentligen fungerar det på ungefär samma sätt som när du hoppar ner från ett hopptorn i en swimmingpool. När du står uppe i tornet har du hög potentiell energi till följd av din position i jordens gravitationsfält. Om du hoppar ner i poolen kommer tyngdkraften att dra dig nedåt mot jorden samtidigt som din potentiella energi omvandlas till kinetisk energi. Du får en högre hastighet helt enkelt. Men den här hastigheten tycks ju också uppstå av sig själv egentligen. Du behöver inte ta upp eller krocka med något som redan har hög fart för att du själv ska få högre hastighet.
När det gäller fotoner och elektroner så har en elektron en viss potentiell energi till följd av sin position i det elektromagnetiska fältet runt atomkärnan. Det som är annorlunda i den hör situationen är att inom kvantmekanik är energin, till skillnad från inom klassisk mekanik som i fallet med simhopparen, kvantiserad. Det innebär att elektronen återfinns i speciella energinivåer runt atomkärnan. Det är lite som att man bara skulle kunna bygga ett hopptorn med vissa höjder och inget mellanting.
När elektronen får möjlighet att befinna sig i en energinivå närmare kärnan (hoppa ner i poolen) måste den sänka sin potentiella energi genom att göra sig av med överskottsenergin. Simhopparen gjorde sig av med energin genom att höja sin egen hastighet, men elektronen gör sig av med energin genom att sända ut en foton. I ett annat universum kanske fysiken tillåter simhopparen att också göra sig av med energi på samma sätt. I så fall skulle personen hoppa ut från tornet, stanna i luften och börja lysa, sedan teleporteras ner till vattnet med samma hastighet som vid hoppet. Lyckligtvis (eller tyvärr?) lever vi i ett universum som inte fungerar på det sättet.
Som du skriver så kan man inte med säkerhet säga var elektronen befinner sig, man kan bara säga att den befinner sig på olika platser med olika sannolikhet. Man kan fråga sig varför inte alla elektroner bara dras in i atomkärnan och avger massvis med fotoner. Det beror åtminstone delvis på Paulis uteslutningsprincip som är en naturlag som förbjuder elektronerna att befinna sig på samma plats (egentligen: inneha samma kvanttillstånd) samtidigt. Om en elektron ska kunna ockupera en plats på en energinivå närmre kärnan krävs att en befintlig elektron flyttar på sig, t.ex. genom att ta upp en foton från omgivningen så att elektronen frigörs från atomen. Det kallas för fotoelektrisk effekt.
Teraeagle skrev:genom att ta upp en foton från omgivningen så att elektronen frigörs från atomen. Det kallas för fotoelektrisk effekt.
Två saker jag blir osäker på här. Så du menar att:
1) det finns då egentligen 2 sätt att skicka ut en foton - antingen ta upp från omgivningen eller skapa en EM våg själv?
2) Hur kan en elektron "hitta , dra till sig och skicka iväg" en foton från omgivningen (från utanför mokelylen)? Jag menar om en elektron t.ex. bombarderas med en foton och tar över dess energi, då har det varit nån företeelse, men annars hur får elektronen tag i en foton från omgivningen?
1) En elektron närmre kärnan måste ta upp en foton så att den skickas iväg från den energinivån. Först då kan en annan elektron ”hoppa ner” till den energinivån, annars är det fullt. Sen kan de yttre elektronerna, valenselektronerna, hoppa upp till en högre energinivå ännu längre ut från kärnan och sedan hoppa tillbaka till sin ursprungliga nivå. Då är ingen annan elektron i vägen.
2) Den träffas av en foton och får därmed mer energi. Jag tror att du tänker dig fotonen som typ en kula som stöter i något och sen åker iväg, men så är det inte. En foton är ren energi, den har ingen massa. När den träffar elektronen förintas fotonen och går bokstavligen upp i rök. Fotonens energi ges till elektronen.
Teraeagle skrev:1) En elektron närmre kärnan måste ta upp en foton så att den skickas iväg från den energinivån. Först då kan en annan elektron ”hoppa ner” till den energinivån, annars är det fullt. Sen kan de yttre elektronerna, valenselektronerna, hoppa upp till en högre energinivå ännu längre ut från kärnan och sedan hoppa tillbaka till sin ursprungliga nivå. Då är ingen annan elektron i vägen.
2) Den träffas av en foton och får därmed mer energi. Jag tror att du tänker dig fotonen som typ en kula som stöter i något och sen åker iväg, men så är det inte. En foton är ren energi, den har ingen massa. När den träffar elektronen förintas fotonen och går bokstavligen upp i rök. Fotonens energi ges till elektronen.
Detta innebär att eftersom en foton ger hela sin energi till elektronen så egentligen "försvinner" den själv?
Och sen säg elektronen hade blivit exciterad till en högre nivå och försöker återgå till grundnivå, antingen tappar den en del av sin energi eller tar från fotonen som den hade träffat, alltså elektronen har ingen förmåga att dra till sig en foton själv?
En sak till - behövs det ingen kraft för att hjälpa elektronen tappa energi och skicka iväg en foton (t.ex. för att accelerera den så att foton kan ta sig ur atomen)?
Nej, det finns ingenting som drar in fotonen i elektronen på det sättet. Fotonen rör sig rakt framåt med ljusets hastighet och om det råkar ligga en elektron i dess vägg så kan elektronen ta upp fotonens energi samtidigt som fotonen försvinner.
En sak till - behövs det ingen kraft för att hjälpa elektronen tappa energi och skicka iväg en foton (t.ex. för att accelerera den så att foton kan ta sig ur atomen)?
Jo, det finns en sådan kraft - den elektromagnetiska kraften som verkar mellan kärnan och elektronen. Själva fotonen accelererar inte, den rör sig hela tiden med ljusets hastighet.
När en foton lämnar en elektron är det väldigt osannolikt att den skulle stöta på något hinder. En atom är nästan bara tomrum. Men även om den skulle träffa på en elektron så behöver den inte absorberas, utan den kan lika gärna ”studsa”. Det kallas för spridning:
Teraeagle skrev:
Tack verkligen, jag hade tur med att du hade lagt så mycket tid och energi på det. Det hjälper oerhört mycket att förstå grunden innan man går vidare.
