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电子是基本粒子,地球所有电子有多重?据说只有一千克,是真的?

电子是人类发现的第一个基本粒子,说它是基本粒子的话,比较有趣的是1897年J.J.汤姆逊发现了电子的粒子性因而获得了1906年的诺贝尔物理学奖,而他的儿子G.P.汤姆逊则因为验证

电子是人类发现的第一个基本粒子,说它是基本粒子的话,比较有趣的是1897年J.J.汤姆逊发现了电子的粒子性因而获得了1906年的诺贝尔物理学奖,而他的儿子G.P.汤姆逊则因为验证了德布罗意波,也就是电子的波动性获得了1937年的诺贝尔奖!

电子是基本粒子,地球所有电子有多重?据说只有一千克,是真的?

所以电子是一个无比矛盾的综合体,它具有波粒二象性,而且它的质量极小,据说全世界的电子加起来也不过一千克,真的是这样吗?

电子与量子力学

量子力学的发展最早是由光子引起的,这就是十九世纪末最著名的黑体辐射问题,维恩公式在短波上非常准确,而瑞利金斯公式则在长波上非常准确,普朗克则量子不连续性解释了黑体辐射,而且在全波段拟合都非常完美!普朗克的量子假说和此后爱因斯坦的光电理论开启了二十世纪最为重要的量子力学。

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此后关于原子内部电子运动的描述贯穿了整个量子力学发展史,首先是卢瑟福的波尔以半量子化完善了卢瑟福的原子模型,之后则是泡利不相容解释了电子不会因为质子的库伦作用力掉入原子核!然后海森堡不确定性原理描述了电子不可同时测量位置与动量无法测定的原因,还有薛定谔的波动方程解释了电子的波动性,最后则是波尔以波粒二象性的总结。当然即使到现在,关于量子力学的很多定论仍然在激烈的争论中!

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电子有多重,地球上的电子总共有多少?

在发现者汤姆逊时代,就知道电子的质量非常小,他认为电子的质量只有原子的几千分之一!电子的质量大约为9.109 × 10^?31kg,质子的质量为1.672621637×10^-27千克,实际的电子质量为质子的1/1836倍,汤姆逊的估计还是非常准确的。

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在原子核中,除了电子和质子以外,还有一种中子,它比质子重那么一丢丢,为
1.674927471×10^?27 kg,三者构成了物质,而物质组成了整个地球,根据其中大部分元素中的质子和中子比例我们就能计算电子的占比,继而计算出整个地球中电子的质量比!

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地壳中元素丰度比例

大家都很熟悉地壳中元素丰度排名为氧(46.60%)、硅(27.72%)、铝(8.13%)、铁(5.00%)!但这并不是我们想要的数据,因为这只是地壳,整个地球的元素比例并不是这样,地球的内核几乎都是铁镍质,整体比例为:铁(32.1%),氧(30.1%),硅(15.1%),镁(13.9%),硫(2.9%),镍(1.8%),钙(1.5)和铝(1.4%);其余1.2%是其他痕量元素!

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在这些元素的比例中,质子约占总质量的49%,中子则占了51%,地球的总质量约有5.97×10^24千克,那么49%则为2.93×10^24千克,按1/1836计算,总共有1.6×10^21千克电子!大约是谷神星质量9.43±0.07*10??千克的1.5倍!是不是很吓人?

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这些电子有多少能量?

电子的能量有两种,一直质能方程中将质量完全转换为能量的方式,另一种则电子在电势差中移动所做的功,当然我们好奇的是后者,假如将这些电子都移动电势差为1V时所作的功大约有多少呢?

1eV=1.602×10^(-19) J

而电子数量则为:1.75×10^51个,那么总共所作的功总共为2.8×10^32J

地球的引力结合能约为:2.45X10^32J,刚好可以把地球炸回姥姥家,看起来相当不错!

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