Atomin eletronin ja protonin välinen työntövoima?

OlenkoDementoitunut

Mikä työntövoima pitää yksittäisen vetyatomin elektronin (-) tietyllä etäisyydellä protonista ( )?

Tuo voima sivuutetaan kaikissa kymmenissä googlella hakemistani atomin perusrakennetta kuvaavissa artikkeleissa. Luin kyllä ydinfysiikan peruskurssit TKK:lla, mutten muista enää tuota aivan kaikkein oleellisinta ja tärkeintä asiaa maailmankaikkeuden kannalta.

16

218

Äänestä

    Vastaukset

    Anonyymi (Kirjaudu / Rekisteröidy)
    5000
    • ExB

      Elektroni ei ole pistemäinen varaus atomissa vaan sitä kuvataan todennäköisyysjakaumana. Monet atomiorbitaaleista ovat sellaisia, että niissä elektronin on mahdollista sijaita jollakin todennäköisyydellä myös atomin ytimen kohdalla. Elektroni ei siis kierrä ydintä jollakin tietyllä etäisyydellä.

      https://fi.wikipedia.org/wiki/Atomiorbitaali

      Nopeasti tässäkin tulee vastaan kohta, jossa "miksi" kysymykseen on hyvin vaikea vastata vetämättä selityksessä mutkia rajusti suoriksi. Tuo yllä oleva on pikemminkin vastaus kysymykseen "miten" kuin "miksi".

    • IhankoMukaDi

      Mahdeoitkohan lukea? Tuskin kukaan DI kyselisi tuollaisia.

      Ei sellaista voimaa ole. Orbitaalit johtuvat elektronin aaltohiukkasluonteesta ja de Broglie huomasi asian väitöskirjatyössään jo vuonna 1924. Elektronit voivat olla vain sellaisilla orbitaaleilla, joiden pituus on kyseisen elektronin aallonpituuden monikerta. Kyse on resonanssista, ei työntävästä voimasta.

      https://www.google.fi/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjY8v63rcfTAhVE2CwKHSt8DrMQFggfMAA&url=https://fi.wikipedia.org/wiki/Louis_de_Broglie&usg=AFQjCNHMfo3plBDUVqosAawS2PzAhQchEg

    • ghruyt

      Esimerkiksi maa kiertää aurinkoa, koska on olemassa kappaleita toisiinsa vetävä gravitaatiovoima ja sen vastavoimana maan kulkusuunnan kääntämiseen tarvittava voima (hitausvoima).

      Elektronin ja protonin välinen Coulombin voima on samaa muotoa kuin gravitaatio. Vetyatomin elektronitiloja kuvattaessa tästä aiheutuva potentiaali otetaan huomioon "normaaliin tapaan". Lisäksi otetaan huomioon elektronin liike-energia Schrödingerin yhtälön edellyttämällä kuvaustavalla. Yhtälöön sisältyy vielä ominaisarvona elektronin kokonaisenergiatila.

      Ominaisarvoyhtälön ratkaisuna (pallokoordinaatistossa) saadaan ominaisarvot eli sallitut energiatilat (kvanttitilat) ja niihin liittyvät ominaisfunktiot, joita kutsutaan myös todennäköisyysamplitudeiksi. Todennäköisyysamplitudin neliö edustaa todennäköisyysjakautumaa elektronin löytymiselle jostakin paikasta.

      Mitään erillistä "työntövoimaa" ei kvanttimekaniikan mukaisessa kuvauksessa ole. Ja sillä saadaan mittausten kanssa erittäin hyvin yhteensopivia tuloksia.

      • OlenkoDementoitunut

        Tuttua tekstiä ja kaavoja jo ihan lukion fysiikan oppikirjasta (Katainen 3 ja sen jälkeen Alonso Finn 3 yms). Noilla kuvausmalleilla olen kyllä pärjännyt ihan hyvin joitakin kymmeniä vuosia. Kysymys ei koskenut noita kvanttimekaniikan kuvauksia. Vai eikö vielä tiedetä "todellista" vastausta?

        Yksinkertaistetaan hiukan kysymystä. Oletetaan että meillä on yksittäinen protoni ja sitä lähestyy hitaasti yksittäinen elektroni. Mitä tapahtuu? Syntyykö automaattisesti vetyatomi?

      • ExB
        OlenkoDementoitunut kirjoitti:

        Tuttua tekstiä ja kaavoja jo ihan lukion fysiikan oppikirjasta (Katainen 3 ja sen jälkeen Alonso Finn 3 yms). Noilla kuvausmalleilla olen kyllä pärjännyt ihan hyvin joitakin kymmeniä vuosia. Kysymys ei koskenut noita kvanttimekaniikan kuvauksia. Vai eikö vielä tiedetä "todellista" vastausta?

        Yksinkertaistetaan hiukan kysymystä. Oletetaan että meillä on yksittäinen protoni ja sitä lähestyy hitaasti yksittäinen elektroni. Mitä tapahtuu? Syntyykö automaattisesti vetyatomi?

        Syntyy automaattisesti vetyatomi eli sähkömagneettinen voima sitoo hiukkaset toisiinsa elektronin ollessa varsin korkealla energiatasolla. Ajan kuluessa elektroni emittoi ylimääräistä energiaansa pois kvantteina ja putoaa alemmalle, tiukemmin sidotulle tilalle ja lopulta perustilaan.

        Elektroni ja protoni eivät ole toistensa vastahiukkasia joten elektronin aaltofunktion sattuminen protonin aaltofunktion päälle ei aiheuta ongelmia. Molemmat ovat fermioineita mutta kun ne eivät ole samanlaisia hiukkasia niin mikään kieltosääntö ei estä niiden aaltofunktioita menemästä päällekäin.

        Aineen tilavuus eli se etteivät atomit romahda toisensa päälle johtuu siitä, että samanlaiset fermionit eivät voi olla samanlaisella aaltofunktiolla varustettuna samassa tilavuudessa. Jos siis on kaksi vetyatomia joissa elektronit ovat perustilassa s1 niin nuo atomit eivät voi sijaita päällekäin. Fermioneja koskeva Paulin kieltosääntö on se hylkivä voima, jonka tuottama paine estää atomeita kertymästä päällekäin. Sen sijaan että ne asettuvat vierekkäin kidehilaksi.

        https://fi.wikipedia.org/wiki/Fermioni

      • ExB
        ExB kirjoitti:

        Syntyy automaattisesti vetyatomi eli sähkömagneettinen voima sitoo hiukkaset toisiinsa elektronin ollessa varsin korkealla energiatasolla. Ajan kuluessa elektroni emittoi ylimääräistä energiaansa pois kvantteina ja putoaa alemmalle, tiukemmin sidotulle tilalle ja lopulta perustilaan.

        Elektroni ja protoni eivät ole toistensa vastahiukkasia joten elektronin aaltofunktion sattuminen protonin aaltofunktion päälle ei aiheuta ongelmia. Molemmat ovat fermioineita mutta kun ne eivät ole samanlaisia hiukkasia niin mikään kieltosääntö ei estä niiden aaltofunktioita menemästä päällekäin.

        Aineen tilavuus eli se etteivät atomit romahda toisensa päälle johtuu siitä, että samanlaiset fermionit eivät voi olla samanlaisella aaltofunktiolla varustettuna samassa tilavuudessa. Jos siis on kaksi vetyatomia joissa elektronit ovat perustilassa s1 niin nuo atomit eivät voi sijaita päällekäin. Fermioneja koskeva Paulin kieltosääntö on se hylkivä voima, jonka tuottama paine estää atomeita kertymästä päällekäin. Sen sijaan että ne asettuvat vierekkäin kidehilaksi.

        https://fi.wikipedia.org/wiki/Fermioni

        Vapaa neutroni hajoaa noin 886 sekunnin puoliintumisajalla elektroniksi, protoniksi ja antineutriinoksi. Hajoamisessa vapautuu energiaa yhteensä 782 keV.

        https://fi.wikipedia.org/wiki/Neutroni#Neutronin_stabiilisuus

        Elektronin tuominen protonin lähelle ei siis riitä alkuunkaan tuottamaan olosuhteita, joissa elektroni ja protoni voisivat muodostaa mitään muuta kuin vetyatomin. Niiden törmäyttäminen suurella energialla on sitten aivan eri asia. Törmäyksessä protoni voi pärskähtää ryöpyksi muita hadroneita tai sitten elektronista ja protonista voi muodostua neutroni ja neutriino.

      • OlenJoDementoitunut
        ExB kirjoitti:

        Syntyy automaattisesti vetyatomi eli sähkömagneettinen voima sitoo hiukkaset toisiinsa elektronin ollessa varsin korkealla energiatasolla. Ajan kuluessa elektroni emittoi ylimääräistä energiaansa pois kvantteina ja putoaa alemmalle, tiukemmin sidotulle tilalle ja lopulta perustilaan.

        Elektroni ja protoni eivät ole toistensa vastahiukkasia joten elektronin aaltofunktion sattuminen protonin aaltofunktion päälle ei aiheuta ongelmia. Molemmat ovat fermioineita mutta kun ne eivät ole samanlaisia hiukkasia niin mikään kieltosääntö ei estä niiden aaltofunktioita menemästä päällekäin.

        Aineen tilavuus eli se etteivät atomit romahda toisensa päälle johtuu siitä, että samanlaiset fermionit eivät voi olla samanlaisella aaltofunktiolla varustettuna samassa tilavuudessa. Jos siis on kaksi vetyatomia joissa elektronit ovat perustilassa s1 niin nuo atomit eivät voi sijaita päällekäin. Fermioneja koskeva Paulin kieltosääntö on se hylkivä voima, jonka tuottama paine estää atomeita kertymästä päällekäin. Sen sijaan että ne asettuvat vierekkäin kidehilaksi.

        https://fi.wikipedia.org/wiki/Fermioni

        Kiitos hyvästä vastauksesta. Eikö kaikkien kuvausmallien ja niihin liitettyjen lakien, sääntöjen määräysten ja kieltojen ja niille keksittyjen nimien takana ole kuitenkin jotain todellistakin? Tuntematonta?

        Jos sijoitetaan useampi triljoonaa triljoonaa triljoonaa vetyatomia jonnekin todella kauaksi, niin eikös maailmankaikkeuden heikoin tunnettu voima purista vetyatomien protonit lähemmäksi toisiiaan ihan portaattomasti? Paulin ja muiden kielloista huolimatta. Pitää tietysti koko ajan varoa, ettei maailman voimakkain strong force pääse vaikuttamaan protonien välillä.

        Onko joku kirjoittanut kaiken kattavaa täydellistä ydinfysiikan kirjaa, jossa käsiteltäisiin aluksi vain vetyä ja kaikki mahdollisesti eri tilanteissa syntyvät uudet hiukkaset ja alkuaineet jätettäisiin muihin kirjoihin? Saattaisi ohjata tulevaisuuden Einsteineja uusiin parempiin eri voimien kuvausmalleihin.

      • ExB
        OlenJoDementoitunut kirjoitti:

        Kiitos hyvästä vastauksesta. Eikö kaikkien kuvausmallien ja niihin liitettyjen lakien, sääntöjen määräysten ja kieltojen ja niille keksittyjen nimien takana ole kuitenkin jotain todellistakin? Tuntematonta?

        Jos sijoitetaan useampi triljoonaa triljoonaa triljoonaa vetyatomia jonnekin todella kauaksi, niin eikös maailmankaikkeuden heikoin tunnettu voima purista vetyatomien protonit lähemmäksi toisiiaan ihan portaattomasti? Paulin ja muiden kielloista huolimatta. Pitää tietysti koko ajan varoa, ettei maailman voimakkain strong force pääse vaikuttamaan protonien välillä.

        Onko joku kirjoittanut kaiken kattavaa täydellistä ydinfysiikan kirjaa, jossa käsiteltäisiin aluksi vain vetyä ja kaikki mahdollisesti eri tilanteissa syntyvät uudet hiukkaset ja alkuaineet jätettäisiin muihin kirjoihin? Saattaisi ohjata tulevaisuuden Einsteineja uusiin parempiin eri voimien kuvausmalleihin.

        Paulin kieltosääntö aiheutuu kvanttimekaniikan perusperiaatteista. Kaksi samanlaista fermionia (spin 1/2) ei voi olla samaan aikaan samassa paikassa samassa tilassa. Paulin kieltosääntö on vain nimi tälle vaatimukselle. Elektronit ovat fermioneita ja siksi niitä ei voi pakata määrättömästi päällekäin.

        https://en.wikipedia.org/wiki/Fermion

        Sääntö koskee vain fermioneja mutta juuri tuon säännön vuoksi materia rakentuu nimenomaan fermioneista (kvarkit ja niistä koostuvat protoni ja neutroni; leptonit kuten elektroni ja myoni). Fermionit vaativat aina tietyn tilavuuden toisin kuin bosonit kuten fotoni. Siksi fermionit muodostavat materian ja bosonit ovat voimia välittäviä hiukkasia (fotoni, gluoni, W, Z, Higgs ja gravitoni).

        Gravitaatio ei tee sääntöön poikkeusta: Neutronitähti pysyy kasassa eikä luhistu mustaksi aukoksi juuri siksi, että neutronit ovat fermioneja eivätkä kieltosäännön vuoksi voi asettua päällekäin samaan tilaan toisin kuin esimerkiksi fotonit.

      • malli1942
        ExB kirjoitti:

        Paulin kieltosääntö aiheutuu kvanttimekaniikan perusperiaatteista. Kaksi samanlaista fermionia (spin 1/2) ei voi olla samaan aikaan samassa paikassa samassa tilassa. Paulin kieltosääntö on vain nimi tälle vaatimukselle. Elektronit ovat fermioneita ja siksi niitä ei voi pakata määrättömästi päällekäin.

        https://en.wikipedia.org/wiki/Fermion

        Sääntö koskee vain fermioneja mutta juuri tuon säännön vuoksi materia rakentuu nimenomaan fermioneista (kvarkit ja niistä koostuvat protoni ja neutroni; leptonit kuten elektroni ja myoni). Fermionit vaativat aina tietyn tilavuuden toisin kuin bosonit kuten fotoni. Siksi fermionit muodostavat materian ja bosonit ovat voimia välittäviä hiukkasia (fotoni, gluoni, W, Z, Higgs ja gravitoni).

        Gravitaatio ei tee sääntöön poikkeusta: Neutronitähti pysyy kasassa eikä luhistu mustaksi aukoksi juuri siksi, että neutronit ovat fermioneja eivätkä kieltosäännön vuoksi voi asettua päällekäin samaan tilaan toisin kuin esimerkiksi fotonit.

        Ei elämän kemia olisi mahdollista ilman Paulin kieltosääntöä. Mutta mistä se Paulin kieltosääntö tulee? Aloittajan kysymykseen ei ole mielestäni vastattu hyvin. Jotenkin vain aika mekaanisesti viitattu vakio-oppimateriaaliin.

      • ExB
        malli1942 kirjoitti:

        Ei elämän kemia olisi mahdollista ilman Paulin kieltosääntöä. Mutta mistä se Paulin kieltosääntö tulee? Aloittajan kysymykseen ei ole mielestäni vastattu hyvin. Jotenkin vain aika mekaanisesti viitattu vakio-oppimateriaaliin.

        Mä olen laiska. Joskus muinaisuudessa vastailin muilla foorumeilla laajemminkin mutta yleensä nuo laajat vastaukset menevät täysin hukkaan. Tällä palstalla ne menevät nykyään erityisen tehokkaasti hukkaan siksi, että lukijoiden määrä on vähäinen ja trollit poistattavat asiavastauksia käyttäen moderointirobotin taipumusta tarttua englanninkielisiin sanoihin.

        Aloittajan kysymykseen liittyvää selitystä aiheesta tulee vastaan esimerkiksi Gasiorowitczin kvanttimekaniikan perusoppikirjassa ISBN 0 471 29281-8 sivulla 151 luvussa N-hiukkassysteemit. Ilman kirjan aiempien 150 sivun läpikäymistä ei selityksessä käytettävä matematiikka ja perustelut välttämättä ole kovin hyödyllisiä.

        Paulin kieltosäännöstä löytyy netistä useita esityksiä niin kirjallisessa muodossa kuin videoinakin. Laittaa juutuubiin hakusanaksi Pauli E-x_c-l_u-s_i-o_n P_r-i_n-c_i-p_l-e ilman noita väliviivoja. Löytyy niin lyhyitä esityksiä kuin videoituja oppituntejakin.

      • ExB
        ExB kirjoitti:

        Mä olen laiska. Joskus muinaisuudessa vastailin muilla foorumeilla laajemminkin mutta yleensä nuo laajat vastaukset menevät täysin hukkaan. Tällä palstalla ne menevät nykyään erityisen tehokkaasti hukkaan siksi, että lukijoiden määrä on vähäinen ja trollit poistattavat asiavastauksia käyttäen moderointirobotin taipumusta tarttua englanninkielisiin sanoihin.

        Aloittajan kysymykseen liittyvää selitystä aiheesta tulee vastaan esimerkiksi Gasiorowitczin kvanttimekaniikan perusoppikirjassa ISBN 0 471 29281-8 sivulla 151 luvussa N-hiukkassysteemit. Ilman kirjan aiempien 150 sivun läpikäymistä ei selityksessä käytettävä matematiikka ja perustelut välttämättä ole kovin hyödyllisiä.

        Paulin kieltosäännöstä löytyy netistä useita esityksiä niin kirjallisessa muodossa kuin videoinakin. Laittaa juutuubiin hakusanaksi Pauli E-x_c-l_u-s_i-o_n P_r-i_n-c_i-p_l-e ilman noita väliviivoja. Löytyy niin lyhyitä esityksiä kuin videoituja oppituntejakin.

        Tässä MIT:n (ocw) kurssi kvanttimekaniikan perusteista: https://urly.fi/LP5

        Sieltä löytyvät luentomuistiinpanot, tieto kurssilla käytetyistä oppikirjoista ja videoidut luennot.

      • malli1942
        ExB kirjoitti:

        Tässä MIT:n (ocw) kurssi kvanttimekaniikan perusteista: https://urly.fi/LP5

        Sieltä löytyvät luentomuistiinpanot, tieto kurssilla käytetyistä oppikirjoista ja videoidut luennot.

        Kiitos vastauksista!

    • NäinhänSeOn

      Nykyinen atomimalli on täyttä huuhaata.

      Oikeasti atomien ytimet laajenevat ja kierrättävät keskenään laajenevaa työntävää voimaa josta syntyy sopivissa olosuhteissa rekisteröitävissä olevia hiukkasia kuten elektroneja ja fotoneita.

      Vain pienestä osasta tästä laajenevasta työntävästä voimasta syntyy rekisteröitävissä olevia hiukkasia.

      Suurin osa on meille havaitsemattomina työntävän voiman aaltoina joilla laajenevat fotonit "ratsastavat".

      JaNäinhänSeOn
      1039
      ☺

      • Rittermeister

        Huh-huh, no jopas! Käyttävätkö ne fotonit ratsastaesaan satulaa, vai ihanko menevät paljaalla peffalla?

      • NäinhänSeOn
        Rittermeister kirjoitti:

        Huh-huh, no jopas! Käyttävätkö ne fotonit ratsastaesaan satulaa, vai ihanko menevät paljaalla peffalla?

        Kyllähän veden aaltojen vaahtopäätkin ratsastavat aallolla ihan ilman satulaa.

        JaNäinhänSeOn
        1039
        ☺

    • Mauri-Hippulanvinkula

      Parempia ja surkeampia trollauksia on tässäkin debatissa. Universumi on niin rikas, että kaikkea on.

      Atomiorbitaaleista on tehty komeita visualisointeja linkin sivulla:

      http://winter.group.shef.ac.uk/orbitron/

      Sivut vaativat näköjään Flash-liitännäisen, ehkä sellainen on jonkun koneessa.

    Ketjusta on poistettu 2 sääntöjenvastaista viestiä.

    Takaisin ylös

    Luetuimmat keskustelut

    1. Marin on ehkä maailman kaunein "Nelikymppinen"

      Marinin julkaisu on saanut yli 68 500 tykkäystä. Postauksen kommenttikentässä ylistetään paljon Marinin kauneutta, jota
      Maailman menoa
      328
      2796

    2. Vernu Vasunta

      On mahotonta miten marjanpoimijoita on kohdeltu! Eikö paremmalla kohtelulla olisi saanut paremman tuloksen?
      Suomussalmi
      98
      2103

    3. En kelpaa sinulle

      Varattuna - olen sinulle ongelma. Eroaminen vuoksesi voi olla turhaa, sillä me ei puhuta, kun olen varattu ja kumpikin v
      Ikävä
      120
      1610

    4. Taidat vanhempi nainen

      Haluta sen tien itsellesi. juokse vaan karkuun ! Pahentaa vaan asiaa.Pitäs toimia ihan toisin päin
      Ikävä
      73
      1154

    5. Hetkeäänkään miettimättä ottaisin sinut

      Mutta mitä mieltä miehesi siitä olisi?
      Ikävä
      71
      1022

    6. Olisi kiva tietää miksi pidät minusta?

      Miehelle kysymys :)
      Ikävä
      61
      983

    7. Voi nainen...

      Kun luovutit meistä liian aikaisin, just kun aloin oppimaan sinua. Jos oisin alussa jo lukenut aiheesta oisin voinut toi
      Ikävä
      41
      950

    8. Venäjä aikoo yksipuolisesti muuttaa rajalinjauksia Suomenlahden itäosassa

      Venäjä aikoo muuttaa rajalinjauksia Suomenlahden itäosassa Venäjän saarten eteläpuolella. Ylen jutussa kerrotaan mm.
      Maailman menoa
      145
      899

    9. Suomi lähettää tarkkailijoita merialueelle

      Venäjä on ilmoittanut aikovansa ylittää Suomen merialueen rajat kysymättä lupaa kertomalla että Suomen merialueen raj
      Maailman menoa
      290
      842

    10. Naiselle kysymys

      Mitä oikein näet minussa?
      Ikävä
      40
      744
    Aihe
    TietosuojaselosteKäyttöehdotEvästeasetuksetSäännöt