физическая микрозадача "Не мог протон от электрона…"

[v_phi]

Вы с двумя товарищами готовитесь к экзамену по физике.
– Два электрона или два протона друг от друга электрически отталкиваются, – объясняет первый из вас свою порцию учебника, – а протон и электрон друг к другу электрически притягиваются. Сила электрического взаимодействия уменьшается с расстоянием, а при одинаковых расстояниях во всех вариантах все эти силы одинаковы. Таким образом, электрические силы пытаются разместить электроны и протоны вперемешку, сблизив их до минимального расстояния.
– Замкнутая электрическая цепь, – объясняет свою порцию учебника второй из вас, – содержит проводники, там, медную проволоку, источник энергии, там, батарейку, и потребителя, там, лампочку. Батарейка работает как насос, закачивающий электроны на тот электрод, на котором написано "минус". Электрические силы заставляют электроны убегать оттуда, скачиваясь через провода и лампочку на тот электрод, на котором написано "плюс"; оттуда насос снова закачивает их на минусовой электрод и так далее. Батарейка имеет ограниченный запас химической энергии. После нескольких часов работы нужные химические вещества заканчиваются, и батарейка приходит в негодность.
– Химическая энергия, должно быть, – вставляете вы ехидно, – создает внутри батарейки неэлектрические силы. Там, гравитационные. Или ядерные. Они закачивают электроны на минусовой электрод, разлучая их с протонами.
Стоп! Допустим, вы свою порцию учебника честно выучили и не хотите долгой перебранки между вашими товарищами. Поправьте вашу опасную реплику.

Comments

[v-phi.livejournal.com]

а-а-а!
Магнитные силы осмотрелись, сориентировались и, перемогая силы электричества, перетащили электрон из одного сбалансированного атома в другой ранее нейтральный атом. А как же быть с тем фактом, что при нерелятивистских скоростях для двух данных электрически заряженных частиц магнитное взаимодействие составляет от электрического ничтожную долю порядка v/c?

[http://users.livejournal.com/_shadow__/]

т.е. переходя с орбиты на орбиту, электрон должен излучать квант "электрического" поля, а не электромагнитного? ; )
я кажется догадываюсЬ. какую модель вам хотелось: электроны в ходе химической реакции суммарно переходят на более низкие орбиты, выигрыш в электростатике и дает работу. Но это не сойдется, внутри атома сработает только электродинамика, причем в неклассическом варианте. Да и просто посчитайте скорость электрона на боровской орбите в классической модели.

[v-phi.livejournal.com]

электрон должен излучать квант "электрического" поля, а не электромагнитного?
Это оффтопик про термины. В релятивистких теориях гравитации, таких как Общая теория относительности, гравитационное поле перестает быть статическим и оказывается способно передавать вращательный момент или, там, волны; при этом его не переименовывают, там, в гравитационно-антигравитационное. Термин "электро-магнитный" исторически возник в эпоху дорелятивистской физики, когда ученым не приходило в голову, что магнитное взаимодействие – это релятивисткий эффект в электрическом взаимодействии. А то было бы логично сказать, что фотон – это квант волны электрического поля.

внутри атома сработает только электродинамика, причем в неклассическом варианте
Вы хотите сказать, что внутри атома электроны, занявшие положения с меньшей энергией, находятся на большем удалении от протонов? И что не будь это так, ехидное замечание указывало бы на реальное противоречие в пересказах двух отрывков учебника?

[http://users.livejournal.com/_shadow__/]

я не вижу никакой дидактической пользы, кроме вреда, от использования для описания энергетики атомов и молекул классических представлений; поскольку, если использовать - то нужно считать-учитывать и кинетическую энергию электронов на разных орбитах, и энергию, запасенную в соответствующих контурах тока - но все это практически лишено физического смысла в современной модели атома. Какое расстояние вы припишете p-d-f орбиталям? какая "больше" - 3p или 4s ?

[v-phi.livejournal.com]

Это оффтопик про немонотонную зависимость свойств внешних электронов атомов от числа протонов в ядре.
Эти свойства (среднее расстояние электрон – ядро, энергия отрыва) слабо зависят от s, p конфигурации волны (правда, уже сильнее от d, f, что встречается для больших атомных номеров) и сильно – от числа лишних протонов во внутренней части атома (=на внутренних энергетических уровнях). Это легко принять из того соображения, что только протоны и электроны внутренней части атома притягивают и отталкивают внешний электрон в полную силу; собратья же внешние электроны половину времени находятся во внешней половине внешней оболочки, не действуя на данный внешний электрон. Грубо говоря, товарищ по внешней оболочке работает на отталкивание в 2 раза вялее, чем внутренний электрон. В результате внешний электрон натрия (единственный) испытывает притяжение как от одного протона, а внешний электрон фтора (имеющий 6 товарищей по внешней оболочке) – как от четырех. Таким образом, поведение внешнего электрона натрия (размер облака, энергия отрыва) похоже на поведение внешнего электрона калия и совершенно не похоже на поведение внешнего электрона фтора. У фтора размер внешнего облака много меньше, а энергия отрыва внешнего электрона много больше.
Это описание не противоречит принципам, изложенным первым товарищем героя задачи. Хотя, конечно, пользуется дополнительными уточнениями, относящимися к квантовой механике. А существание ядер более чем с одним протоном требует ядерных сил. Что никак не оправдывает упоминания квантово-механических и ядерных эффектов в ответе на задачу.