منو
 کاربر Online
353 کاربر online
تاریخچه ی: الکترون آزاد

تفاوت با نگارش: 1

Lines: 1-38Lines: 1-41
 !نگاه اجمالی !نگاه اجمالی
-الکترونی از ((اتم)) جدا شده و به آن وابستگی ندارد. الکترونهای بیرونی‌ترین لایه‌های اتم ((فلزات)) بستگی کمتری نسبت به اتمهای خود دارند و با کمترین انرژی از این اتمها کنده می‌شوند و به شکل توده‌ای از ابر یا گاز ، شبکه‌های اتمی فلزات را در بر می‌گیرند. هنگامی که الکترونهای آزاد در ((میدان الکتریکی)) قرار گیرند ((جریان الکترکی)) بوجود می‌آید. +((الکترون|الکترونی)) از ((اتم)) جدا شده و به آن وابستگی ندارد، __الکترون آزاد__ خوانده می‌شود.. الکترونهای بیرونی‌ترین لایه‌های اتم ((فلز|فلزات)) بستگی کمتری نسبت به اتمهای خود دارند و با کمترین انرژی از این اتمها کنده می‌شوند و به شکل توده‌ای از ابر یا گاز ، شبکه‌های اتمی فلزات را در بر می‌گیرند. هنگامی که الکترونهای آزاد در ((میدان الکتریکی)) قرار گیرند، ((جریان الکتریکی)) بوجود می‌آید.


{picture=TwoElectronOrbit.gif}
 !سیر و تحولی و رشد !سیر و تحولی و رشد
-در سالهای پایانی سده نوزدهم میلادی بیشتر فیزیکدانان به این باور رسیدند که ((الکتریسته)) به دو صورت ظاهر می‌شود: یکی به صورت الکترون با جرم ~~green:9.109534X10-31 kg~~ و بار منفی ~~green:1.602177X10-19 C-~~ و دیگری به صورت پروتون با جرم ~~green:1.672623X19o>-27 kg~~ و بار مثبت ~~green:1.602177X10-19 C~~ . اعتقاد بر این بود که اتمها (و در نتیجه ((مولکول|مولکولها))) از ترکیب الکترونها و ((پروتون|پروتونها)) مشکل می‌گیرند.

در اوایل 1930 معلول شد که هسته اتمها (بجز ((اتم هیدروژن))) از پروتونهای مثبت و ((نوترون|نوترونهای خنثی)) ، با جرم ~~green:1.675X10-27~~ و بدون ((بار الکتریکی)) ، تشکیل می‌شود. همچنین کشف شد که الکترون مثبت نیز با جرمی برابر با جرم الکترون و باری برابر با بار الکترون ولی با علامت مثبت (دست کم به صورت لحظه‌ای) وجود دارد.
+در سالهای پایانی سده نوزدهم میلاد بیشتر فیزیکدانان به این باور رسیدند که الکتریسته به دو صورت ظاهر می‌شود: یکی به صورت الکترون با جرم ~~green:9.109534X10-31 kg~~ و بار منفی ~~green:1.602177X10-19 C-~~ و دیگری به صورت پروتون با جرم ~~green:1.672623X19p>-27 kg~~ و بار مثبت ~~green:1.602177X10-19 C~~ .

اعتقاد بر این بود که اتمها (و در نتیجه ((مولکول|مولکولها))) از ترکیب الکترونها و ((پروتون|پروتونها)) مشکل می‌گیرند.

در اوایل 1930 معلول شد که ((هسته)) اتمها ( بجز ((اتم هیدروژن)) ) از پروتونهای مثبت و ((نوترون|نوترونهای خنثی)) ، با جرم ~~green:1.675X10-27~~ و بدون ((بار الکتریکی)) ، تشکیل می‌شود. همچنین کشف شد که الکترون مثبت نیز با جرمی برابر با جرم الکترون و باری برابر با بار الکترون ولی با علامت مثبت (دست کم به صورت لحظه‌ای) وجود دارد.
 !الکترون اوژه !الکترون اوژه
-اتم ((الکترون اوژه)) نوعی الکترون آزاد است که از اتم یا ((یون)) گسیل می‌شود. الکترون اوژه از بازآیی الکترونهای مقید در اتم یا یون اولیه سرچشمه می‌گیرد. این بازآیی از طریق برهمکنش الکترون - الکترون ، که مولد نیروی دافعه است و می‌تواند بر نیروی جاذبه ناشی از برهمکنش الکترون - هسته فائق آید صورت می‌گیرد. با این همه ، بازآیی یاد شده تنها هنگامی می‌تواند رخ بدهد که حداقل یک الکترون در تراز انرژی همین اتم یا یون اولیه خالی باشد و در تراز با انرژی بیشتر از انرژی تهی جا حداقل دو الکترون وجود داشته باشد. یکی از الکترونهای تراز بالاتر به تراز دارای تهی جا سقوط می‌کند. و الکترون دیگر به صورت الکترون آزاد از اتم خارج می‌شود. بنا بر ((قانون بقای انرژی|پایستگی انرژی)) ، اوژه گسیل شده ((انرژی جنبشی)) معینی دارد که برابر است با انرژی بستگی کل اتم یا یون در حالت اولیه منهای انرژی بستگی کل در حالت نهایی. +اتم الکترون اوژه ، نوعی الکترون آزاد است که از اتم یا ((آنیون و کاتیون|یون)) گسیل می‌شود. الکترون اوژه از بازآیی الکترونهای مقید در اتم یا یون اولیه سرچشمه می‌گیرد. این بازآیی از طریق برهمکنش الکترون - الکترون ، که مولد نیروی دافعه است و می‌تواند بر نیروی جاذبه ناشی از برهمکنش الکترون - هسته فائق آید، صورت می‌گیرد. با این همه ، بازآیی یاد شده تنها هنگامی می‌تواند رخ بدهد که حداقل یک الکترون در تراز انرژی همین اتم یا یون اولیه خالی باشد و در تراز با انرژی بیشتر از انرژی تهی جا حداقل دو الکترون وجود داشته باشد.

یکی از الکترونهای تراز بالاتر به تراز دارای تهی جا سقوط می‌کند و الکترون دیگر بهصورت الکترون آزاد از اتم خارج می‌شود. بنا بر ((قانون بقای انرژی|پایستگی انرژی)) ، اوژه گسیل شده ((انرژی جنبشی)) معینی دارد که برابر است با انرژی بستگی کل اتم یا یون در حالت اولیه منهای انرژی بستگی کل در حالت نهایی.
 !یک مثال بر الکترون آزاد !یک مثال بر الکترون آزاد
 یک مثال خوب برای الکترون اوژه که نوعی الکترون آزاد است، الکترون گسیل شده از ((هلیوم)) دو بار برانگیخته ، __**He__ ، است انرژی تمام حالت __**He__ از انرژی __*He__ (هلیوم یک بار یونیده) به اضافه یک الکترون آزاد بیشتر است. بنابراین ، تمام حالتهای __**He__ می‌توانند واپاشی اوژه‌ای داشته باشند. اتم __**He__ که هر دو الکترون آن در تراز n = 2 هستند، با گسیل یکی از الکترونهای خود به حالت پایه +He ، که یک الکترون در تراز از n=1 دارد. واپاشیده می‌شود. مدل بور پیش بینی می‌کند که انرژی حالت __**He__ با چشم پوشی از استتار هسته بوسیله هر الکترون ، عبارت است از:

 یک مثال خوب برای الکترون اوژه که نوعی الکترون آزاد است، الکترون گسیل شده از ((هلیوم)) دو بار برانگیخته ، __**He__ ، است انرژی تمام حالت __**He__ از انرژی __*He__ (هلیوم یک بار یونیده) به اضافه یک الکترون آزاد بیشتر است. بنابراین ، تمام حالتهای __**He__ می‌توانند واپاشی اوژه‌ای داشته باشند. اتم __**He__ که هر دو الکترون آن در تراز n = 2 هستند، با گسیل یکی از الکترونهای خود به حالت پایه +He ، که یک الکترون در تراز از n=1 دارد. واپاشیده می‌شود. مدل بور پیش بینی می‌کند که انرژی حالت __**He__ با چشم پوشی از استتار هسته بوسیله هر الکترون ، عبارت است از:

  ~~green:__Ei = 2X(-1.36 S2/ni2) ev __~~ و انرژی حالت پایه +He برابر است با:

  ~~green:__Ei = 2X(-1.36 S2/ni2) ev __~~ و انرژی حالت پایه +He برابر است با:

  ~~green:__Ei = 2X(-1.36 S2/ni2) ev__~~ به این ترتیب به ازای nf = 1 و ni = 2 و S = 2 انرژی اوژه برابر می‌شود با:

  ~~green:__Ei = 2X(-1.36 S2/ni2) ev__~~ به این ترتیب به ازای nf = 1 و ni = 2 و S = 2 انرژی اوژه برابر می‌شود با:

 ~~green:__EA = Ei - Ef = (-27.2) ev - (-54.4) ev = 27.2 ev__~~ ~~green:__EA = Ei - Ef = (-27.2) ev - (-54.4) ev = 27.2 ev__~~
-در این مدل ، از اثر ((اندازه حرکت زاویه‌ای|تکانه زاویه‌ای)) مداری و ((اسپین الکترون)) و انتشار هسته چشم پوشی می‌شود. وقتی این اثرها در نظرگرفته شوند. اتم __**He__ با دو الکترون در تراز n = 2 حالتهای گسسته زیاد پیدا می‌کند و این در حالی است که ~~(green:He+(1S~~ تنها یک حالت دارد. به این ترتیب ، طیف گسیلی الکترون اوژه شامل انرژیهای زیادی خواهد شد. +در این مدل ، از اثر ((اندازه حرکت زاویه‌ای|تکانه زاویه‌ای)) مداری و ((اسپین|اسپین الکترون)) و انتشار هسته چشمپوشی می‌شود. وقتی این اثرها در نظر گرفته شوند، اتم __**He__ با دو الکترون در تراز n = 2 حالتهای گسسته زیاد پیدا می‌کند و این در حالی است که ~~(green:He+(1S~~ تنها یک حالت دارد. به این ترتیب ، طیف گسیلی الکترون اوژه شامل انرژیهای زیادی خواهد شد.
 !مدل الکترونهای آزاد  !مدل الکترونهای آزاد
-ساده‌ترین رهیافت ممکن آن است که فرض شود الکترونها در فلز نظیر گازی از ذرات آزلو رفتار می‌کنند، این مدل الکترون آزاد است. جدا کردن الکترونهای رسانشی از یک اتم ، فلز یونی را با بار مثبت بجای می‌گذارد. مدل الکترون آزاد که چگالی بار وابسته به فلزهای یونی بطور یکنواخت در سرتاسر فلز توزیع شده است به گونه‌ای که الکترونها در یک پتانسیل الکتروستاتیکی ثابت حرکت می‌کنند، مدل الکترون آزاد برهمکنش دافعه بین الکترونهای رسانشی را نیز نادیده می‌گیرد. بنابراین ، این مدل ، الکترونها را به صورتی در نظر می‌گیرد که مستقل از یکدیگر در یک چاه پتانسیل مربعی با عمق متناهی حرکت می‌کند. لبه‌های چاه ، متناظر با مرزهای فلز است. +ساده‌ترین رهیافت ممکن آن است که فرض شود الکترونها در فلز نظیر گازی از ذرات آزلو رفتار می‌کنند، این مدل الکترون آزاد است. جدا کردن الکترونهای رسانشی از یک اتم ، فلز یونی را با بار مثبت بجای می‌گذارد. مدل الکترون آزاد که چگالی بار وابسته به فلزهای یونی بطور یکنواخت در سرتاسر فلز توزیع شده است، به گونه‌ای که الکترونها در یک پتانسیل الکتروستاتیکی ثابت حرکت می‌کنند، مدل الکترون آزاد برهمکنش دافعه بین الکترونهای رسانشی را نیز نادیده می‌گیرد.

بنابراین ، این مدل ، الکترونها را به صورتی در نظر می‌گیرد که مستقل از یکدیگر در یک چاه پتانسیل مربعی با عمق متناهی حرکت می‌کند. لبه‌های چاه ، متناظر با مرزهای فلز است.
 !حالت زمینه گاز الکترون آزاد !حالت زمینه گاز الکترون آزاد
-الکترونها به دلیل آنکه اسپین نیمه صحیح دارند ((فرمیون)) هستند، و باید از ((اصل طرد پائولی)) پیروی کنند بنابراین هر حالت تنها می‌تواند حاوی یک الکترون باشد. لذا با کم انرژی‌ترین حالت مربوط به N الکترون آزاد با پر کردن N حالت ، کمترین انرژی حاصل می‌شود. بنابراین تمامی حالتها تا انرژی Ef که ((تراز فرمی|انرژی فرمی)) نام دارد پر هستند. Ef با بکار بردن این شرط که تعداد حالتهای با E < Ef که توسط انتگرال گیری از چگالی حالتها از 0 تا Ef بدست می‌آید که انرژِ فرمی برابر است با:

+الکترونها به دلیل آنکه اسپین نیمه صحیح دارند ((حالات ماده|فرمیون)) هستند و باید از ((اصل طرد پائولی)) پیروی کنند بنابراین هر حالت تنها می‌تواند حاوی یک الکترون باشد. لذا با کمانرژی‌ترین حالت مربوط به N الکترون آزاد با پر کردن N حالت ، کمترین انرژی حاصل می‌شود. بنابراین تمامی حالتها تا انرژی Ef که تراز فرمی|انرژی فرمی نام دارد، پر هستند. Ef با بکار بردن این شرط که تعداد حالتهای با E < Ef که توسط انتگرال گیری از چگالی حالتها از 0 تا Ef بدست می‌آید که انرژِی فرمی برابر است با:

 ::~~green:__2/3(Ef = ħ2/2m(3π2n/v__~~:: ::~~green:__2/3(Ef = ħ2/2m(3π2n/v__~~::
 +
 +{picture=electron3.gif}
 +
 !نظریه الکترون آزاد !نظریه الکترون آزاد
-در تقریب اول می‌توان فرض کرد که الکترون خارجی اتم می‌تواند کاملا آزادانه در داخل ماده حرکت کند و از این واقعیت چشم پوشی می‌کینم که هنگامی که یک اتم الکترونی را از دست می‌دهد، خود به صورت یک یون باردار مثبت بر جای می‌ماند. و یا در این مورد می‌توان فرض کرد یونها به علاوه تمام الکترونهای آزاد دیگر در هم آمیخته می‌شوند و یک پتانسیل زمینه ثابت را که آن را می توان نادیده گرفت بدست می‌دهند. این ایده اصلی در مدل __الکترون در جعبه__ است. بنابراین لازم است حالتهای ممکن __Ψ__ و انرژی ممکن E را برای الکترون در جعبه محاسبه شود. که در اینجا __جعبه__ اندازه بلور است. معادله موج شرودینگر عبارت است از:

+در تقریب اول می‌توان فرض کرد که الکترون خارجی اتم می‌تواند کاملا آزادانه در داخل ((ماده)) حرکت کند و از این واقعیت چشمپوشی می‌کنیم که هنگامی که یک اتم الکترونی را از دست می‌دهد، خود به صورت یک یون باردار مثبت بر جای می‌ماند و یا در این مورد می‌توان فرض کرد یونها به علاوه تمام الکترونهای آزاد دیگر در هم آمیخته می‌شوند و یک پتانسیل زمینه ثابت را که آن را می توان نادیده گرفت بدست می‌دهند.

این ایده اصلی در مدل __الکترون در جعبه__ است. بنابراین لازم است حالتهای ممکن __Ψ__ و انرژی ممکن __E__ را برای الکترون در جعبه محاسبه شود. که در اینجا __جعبه__ اندازه بلور است. معادله موج شرودینگر عبارت است از:

 ::~~green:__ħ2/2m(∂2Ψ/∂x2 + ∂Ψ/∂x2 + ∂2Ψ/∂x2) = - EH__~~:: ::~~green:__ħ2/2m(∂2Ψ/∂x2 + ∂Ψ/∂x2 + ∂2Ψ/∂x2) = - EH__~~::
- چون فرض می کنیم الکترون نمی‌تواند از جعبه فرار کند، شرایط انرژی این است که __Ψ__ (تابع موج یا احتمال حضور ((الکترون))) در تمام وجوه آن صفر باشد. معادله موج شرودینگر عبارت است از:

+چون فرض میکنیم الکترون نمی‌تواند از جعبه فرار کند، شرایط انرژی این است که __Ψ__ (تابع موج یا احتمال حضور الکترون) در تمام وجوه آن صفر باشد. معادله موج شرودینگر عبارت است از:

 ::~~green:__Ψ = A Sin KxX Sin KyY Sin KzZ__~~::  ::~~green:__Ψ = A Sin KxX Sin KyY Sin KzZ__~~::
 که __Kx__ و __Ky__ و __Kz__ اعداد موجی در راستاهای __X__ و __Y__ و __Z __می‌باشند. در نهایت E برابر است با:

 که __Kx__ و __Ky__ و __Kz__ اعداد موجی در راستاهای __X__ و __Y__ و __Z __می‌باشند. در نهایت E برابر است با:

 ::~~green:__E = ħ2K2/2m__~~:: ::~~green:__E = ħ2K2/2m__~~::
 !مباحث مرتبط با عنوان !مباحث مرتبط با عنوان
 +*((آنیون و کاتیون))
 *((اسپین)) *((اسپین))
 *((اصل طرد پائولی)) *((اصل طرد پائولی))
 *((الکترون)) *((الکترون))
-*((الکترون اوژه)) 
-*((الکترون مصنوعی)) 
 *((جریان الکترکی)) *((جریان الکترکی))
-*((چرا الکترون داخل هسته قرار نمی گیرد؟)) 
 *((چشمه‌های تولید الکترون)) *((چشمه‌های تولید الکترون))
-*((فرمیون))
*((فلزات)) />*((لیزر الکترون آزاد))
*((یون))
+*((حالت ماده|فرمیون))
*((فلز))

تاریخ شماره نسخه کاربر توضیح اقدام
 شنبه 01 اردیبهشت 1386 [13:30 ]   2   فیروزه نجفی      جاری 
 شنبه 22 مرداد 1384 [16:04 ]   1   حسین خادم      v  c  d  s 


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..