¿Se mueven los electrones alrededor del núcleo como una máquina de movimiento perpetuo? ¿De dónde obtienen la energía y por qué no la pierden, en circunstancias normales?

Answer 1

Hay dos problemas aquí. El primero es el trivial de cómo el electrón puede mantener la energía. La respuesta simple es que, a menos que haya un mecanismo para deshacerse de la energía, las leyes de conservación que afirman que el movimiento permanece constante para siempre. El movimiento orbital de los planetas continúa para siempre a menos que suceda algo que provoque un cambio de energía. A medida que sucede, nuestra luna se está alejando de la Tierra como consecuencia del movimiento de las mareas y su aumento de energía potencial debido a la pérdida de la energía de rotación y de la energía disipada por las mareas de la Tierra.

Una pregunta más difícil es por qué no irradia energía y entra en espiral hacia el núcleo. El electrón no puede ser estacionario, pero no puede moverse en un campo central sin acelerar o desacelerar, y las leyes de conservación aplicadas a las ecuaciones de la electrodinámica de Maxwell significan que el electrón debe irradiar energía electromagnética (aceleración) o absorberla. No creo que la mecánica cuántica estándar pueda abordar este problema correctamente, aunque producirá ecuaciones. La regla básica es, si el movimiento tiene ciertas propiedades, y más específicamente, cuando la acción asociada con el movimiento se cuantifica, entonces surge un estado estacionario. La pregunta es, ¿es eso una explicación? Una explicación que he visto es que la función de onda, para otros estados, se autointerfiere y, por lo tanto, se cancela a sí misma. Mi problema con esta explicación es que las mismas personas afirman que la función de onda no es física y simplemente representa probabilidades. En consecuencia, la dificultad con eso es que la onda tiene que interferir consigo misma en el pasado, y peor que eso, si la cuantifica correctamente, tiene que interferir dos ciclos previos, pero ignorar un ciclo previamente. (El estado fundamental del hidrógeno no tiene nodos, y una ola necesita una cresta y una vaguada. La única manera de obtener eso sin nodos es tener la cresta en un ciclo y la vaguada en el siguiente. Bajo esa regla, si se interfirió consigo mismo en el pasado, se cancelaría automáticamente y desaparecerían todas las probabilidades. Creo que lo que más se hace es poner este tema a un lado y luego dejarlo allí.

Ahora, tengo una respuesta, pero debo advertirle que esto es totalmente poco convencional. Lo publiqué en un libro electrónico llamado Ondas de orientación, y es una interpretación alternativa de la mecánica cuántica. Se supone que hay una onda (y, por lo tanto, incorpora gran parte de la interpretación de la onda piloto de Broglie / Bohm) pero va un poco más lejos. Todo el mundo afirma que la función de onda es compleja, pero si aplica la teoría de Euler de los números complejos, lo que encuentra es que la función de onda se vuelve momentáneamente real en la cresta y el canal. Mi argumento es que ahí es donde la onda determina las propiedades que debe tener el electrón. En este caso particular, en un estado estacionario, siempre se vuelve real en exactamente el mismo lugar, por lo que ese lugar no tiene aceleración. Si la realización de la onda no se ha acelerado, tampoco lo ha hecho el electrón y se cumplen las condiciones de maxwell. (Dije que era poco convencional). Por cierto, si acepta eso, el Principio de Incertidumbre y el Principio de Exclusión siguen de inmediato. Un punto importante de esta interpretación es que la posición no es una variable importante, y la posición es simplemente la que se requiere para acomodar las olas a lo largo del tiempo.

Answer 2

Hay dos conceptos erróneos aquí. Primero, ese movimiento perpetuo requiere una entrada de energía. Esto se basa en la intuición del mundo macroscópico en el que vivimos, donde la fricción siempre se asegura de que cada vez que ponemos algo en movimiento, finalmente se detenga. Sin embargo, si la fricción no fuera un problema (y de hecho no hay fricción para las partículas elementales), el movimiento perpetuo no plantearía ningún problema y no usaría energía: un péndulo podría rebotar para siempre, transformando el potencial periódicamente en energía cinética sin necesidad de ninguna entrada externa ; o un planeta podría girar para siempre alrededor de su sol, equilibrando de manera similar la energía cinética y potencial, sin usar nada de eso.

La dificultad con los electrones que se mueven alrededor de los núcleos es, como otros han señalado, que los electrones están cargados. Las partículas cargadas que se mueven a una aceleración distinta de cero (y cualquier trayectoria no recta tiene una aceleración distinta de cero) generan ondas electromagnéticas, lo que significa que pierden energía.

El segundo error es que los electrones se “mueven” “alrededor” del núcleo. En realidad, la mecánica cuántica nos ha enseñado que las partículas subatómicas se describen mejor mediante funciones de onda. Un electrón unido en su estado de energía más bajo disponible tiene una función de onda que es esencialmente constante, hasta una fase oscilatoria que no interactúa con el electromagnetismo. En otras palabras, los electrones en los átomos no se mueven , a menos que, por supuesto, estén en transición a un estado diferente. Cuando se abre un estado de menor energía para el electrón, su función de onda comienza a transformarse en la correspondiente al estado de menor energía. Es este cambio de la función de onda el responsable de la correspondiente emisión de radiación y la pérdida de energía.

Answer 3

El movimiento perpetuo es completamente posible y no contradice ninguna ley de la física. Lo que no es posible es una máquina que extrae energía de tal movimiento.

El movimiento de los electrones sobre el núcleo presentó un serio problema para la mecánica clásica. El problema era que una partícula similar a un punto negativo (el electrón) que orbita un núcleo positivo debería, a diferencia del caso de un planeta que orbita una estrella, actuar como una corriente eléctrica e irradiar energía. Esta radiación en efecto causaría la descomposición de la órbita del electrón y nada lo detendría a chocar con el núcleo.

Se requirió el aparato de la teoría cuántica para resolver este problema. El electrón se convierte en una nube probabilística en lugar de una partícula puntual. Existe en ciertos niveles cuánticos que tienen distribuciones probabilísticas en lugar de órbitas y no hay dos electrones que puedan tener el mismo estado cuántico (el Principio de Exclusión de Pauli ).

Como puede ver, su intuición de un electrón “moviéndose” alrededor del núcleo ya no se aplica. De hecho, la intuición de cualquiera ya no se aplica realmente. Simplemente tienes que desbaratar las matemáticas de la Ecuación de Schrödinger y similares: ¡algo que se ha convertido en la teoría científica más precisa que hayamos desarrollado!

Answer 4

Excelente pregunta y una en la que he pensado bastante, y para ser honesta, no estoy segura de haber respondido satisfactoriamente todavía. Recuerde que un electrón (o cualquier otra partícula cargada) irradia energía en forma de ondas electromagnéticas cuando se acelera. El movimiento orbital significa que hay una fuerza central que lo acelera. Sin embargo, el electrón en un átomo es un sistema mecánico cuántico. Su ubicación no se puede definir de manera determinista, solo se pueden determinar las regiones probables de ubicación. Si la ubicación no se puede definir, tampoco la velocidad ni la aceleración. Por lo tanto, no tiene sentido hablar de movimiento en un sentido clásico con respecto a los electrones en órbita alrededor de un átomo. Es por eso que no irradia su energía y se descompone en el núcleo. Sin embargo, aunque no tiene un movimiento discreto en el sentido clásico, sí tiene un momento angular orbital discreto, por lo tanto, los momentos dipolares magnéticos que resultan de los electrones que orbitan un núcleo. En un sistema clásico, el momento angular orbital es el producto cruzado del radio orbital y el momento de traslación, pero en un sistema cuántico el momento angular orbital es, por lo que podemos decir, intrínseco.

Quizás se pregunte por qué se irradia un electrón en un sincrotrón. En esta situación, se encuentra en una órbita macroscópica a lo largo de un anillo de almacenamiento de partículas. Tiene mucha más energía que un electrón en un átomo, por lo que su longitud de onda DeBroglie es mucho más corta. Por lo tanto, tiene sentido pensar que es una partícula con una ubicación, velocidad y aceleración específicas en este caso.

Answer 5

Esta es una buena pregunta y la teoría cuántica de campos da una buena respuesta. La mecánica cuántica no lo hace. Como escribí en mi libro (quantum-field-theory.net):

Una órbita, ya sea la de un electrón alrededor de un núcleo o la luna alrededor de la Tierra, es el resultado de un equilibrio entre la tendencia a seguir moviéndose en línea recta (inercia) y una fuerza atractiva que empuja el objeto hacia adentro. En el átomo de Rutherford (Fig. 4-1), la fuerza atractiva es electromagnética, creada por el núcleo cargado positivamente. Sin embargo, las órbitas de Rutherford pronto se encontraron con una serie de dificultades.

La estabilidad El primer problema fue la tenaz estabilidad de las órbitas. De acuerdo con las ecuaciones de Maxwell, un electrón que se mueve en una órbita debe irradiar energía en forma de ondas EM y, a medida que pierde energía, se acercará al núcleo, al igual que una nave espacial en órbita regresa a la Tierra disparando retro-cohetes. Vimos un ejemplo gravitatorio de esto en el Capítulo 2, en el que dos estrellas giraban en espiral hacia adentro debido a la energía perdida por la radiación gravitacional. De manera similar, la energía perdida por la radiación EM de un electrón en órbita causaría que se espiral hacia adentro y eventualmente se estrellara en el núcleo. Pero esto no sucede.

Conclusión: los electrones no pueden ser partículas en órbita.

Esta es una de las muchas razones citadas en mi libro por las que los electrones no pueden ser partículas en órbita y, sin embargo, la mayoría de los físicos (incluso algunos que respondieron esta pregunta) todavía creen eso. Y aunque hay una respuesta tan simple.

La respuesta, por supuesto, es que los electrones no son partículas, son campos, o más exactamente, cuantos del campo de electrones. Si, usando mi analogía de color, imaginas una amarillez en el espacio alrededor del núcleo, tendrás una idea de lo que realmente es el electrón.

Answer 6

La respuesta corta es: No, los electrones no se mueven alrededor del núcleo perpetuamente. También pueden perder energía, pero de una manera que es diferente de un satélite que cae sobre la Tierra después de orbitarlo.

La forma en que los electrones se “mueven” alrededor del núcleo no es la misma en el caso de, por ejemplo, un planeta que orbita una estrella. De todas las características del electrón podemos concluir que es una onda compuesta (más precisamente, un paquete de ondas). Su movimiento es una especie de vibración sobre el núcleo, en lugar del movimiento regular de una luna. El objeto macroscópico más cercano de la “vida real” que se me ocurre es un hula hoop.

Si tomas un aro de hula de metal, lo atraviesas en el aire y lo golpeas con un martillo, comenzará a vibrar y producirá un sonido de timbre. Mientras el aro de hula esté en el aire, continuará vibrando y sonando hasta que … toda su energía de vibración se transfiera al timbre. Para que suene durante horas, puede suspender el aro de hula en un campo magnético, si lo desea. El sonido que observamos es un proceso de generación de una onda de sonido de una frecuencia muy particular, que se define por el tamaño del aro de hula. Esta onda de sonido existe y se propaga solo en un medum (como aire, agua, metal, etc.). Por lo tanto, en el vacío, el aro de hula no sonará y, por lo tanto, vibrará para siempre. Bueno, no realmente para siempre, pero hasta que envejece y se desintegra por sí solo. También sabemos que usar un martillo no es lo único que puede hacer un anillo de aro de hula. Si grabamos el sonido del hula hoop y lo reproducimos con un altavoz fuerte, el hula hoop responderá con la misma vibración y generará el sonido. De esta manera podemos usar las mismas ondas y el medio para hacer que gane suficiente energía para sonar.

Lo mismo ocurre con el electrón. Al estar suspendido alrededor del núcleo con tres fuerzas equilibradas (débil, electromagnética y de gravedad), el electrón vibra en el vacío. ¿Vibra para siempre? No, no lo hará. Porque, tarde o temprano, “sonará”. Un electrón ‘suena’ emitiendo una onda de luz de una longitud de onda particular (fotón) en el medio electromagnético (campo). De manera similar, puede ganar energía para “sonar” al absorber luz de la misma longitud de onda.

Entonces, ¿cuándo y por qué el electrón ‘suena’? Esa es una pregunta de un millón de dólares. A partir de hoy, no podemos predecir eso con certeza. Lo que sabemos es que el vacío que rodea al electrón no está vacío. Emite y absorbe constantemente ondas electromagnéticas (fotones) de todo tipo. Por lo tanto, tarde o temprano, cerca del electrón, el vacío generará una determinada onda, de modo que su longitud de onda coincidirá con una de las frecuencias de vibración del electrón. Cuando ocurra este evento, la vibración del electrón se superpondrá con esta onda y ya sea a) transfiere la energía a la onda, o b) absorbe la energía de la onda. El caso a) hará que el electrón pierda una parte de su energía de vibración (lo que aquí llamamos ‘timbre’). Después de eso, la onda que lleva el ‘anillo de electrones’ se propagará a través del campo electromagnético lejos del electrón. Al mismo tiempo, dado que el electrón ha perdido algo de energía, su vibración se alterará (es decir, el electrón se moverá más cerca del núcleo o comenzará a vibrar a una frecuencia más baja, o en una región diferente del espacio). De manera similar, su vibración puede cambiar a un modo de mayor energía (por ejemplo, una frecuencia más alta) después de absorber la misma onda. Dependiendo de la fase de la onda, si su energía se sumará o restará de la energía de vibración del electrón, es decir, se ganará o perderá.

Ahora, el punto final. Todo lo anterior se escribe con el supuesto de que el hula hoop (el electrón) existe. ¿Cómo llegó a ser? Esa es una pregunta completamente diferente.

Answer 7

La pregunta clave es “¿por qué no pierden su energía?” Un electrón en movimiento alrededor de un núcleo acelera constantemente, y la física clásica afirma que la energía radiada es proporcional al cuadrado de la aceleración, la fórmula de Larmor.

Este problema confundió las afirmaciones iniciales de que los núcleos orbitaban los electrones para formar átomos. ¿Cómo podrían orbitar y no perder energía?

La resolución provino del reconocimiento de que la ecuación de radiación clásica era realmente una aproximación. Los electrones en órbita constante no irradian; Toda la radiación llega cuando cambian las órbitas. Si no hay órbitas de nivel inferior disponibles (porque están llenas, por el principio de exclusión de Pauli ), no pueden perder energía y permanecen en ese estado, potencialmente para siempre.

En la mecánica cuántica temprana, los físicos pudieron demostrar que en el límite clásico (estados cuánticos altos, grandes distancias) se obtiene la ecuación de Larmor como una muy buena aproximación.

Answer 8

Solo para ampliar las ya excelentes respuestas dadas a esta pregunta, solo señalaría que casi tan pronto como usa la palabra “mover” para describir un electrón en un estado unido en un átomo, está forzando un contexto clásico en un objeto cuántico Un electrón en un estado enlazado ciertamente tiene una energía cinética promedio no nula (como Bustany señaló en su respuesta), incluso en el estado fundamental; por lo tanto, incluso el único electrón en el estado fundamental del átomo de hidrógeno tiene energía cinética. Sin embargo, describirlo como “en movimiento” sugiere que estaba “aquí” y ahora está “allí”. Pero no es una partícula puntual, es una distribución con energía cinética (y energía potencial). Es altamente contraintuitivo.

Answer 9

No está claro cuál es su nivel de formación en Física, lo que dificulta la respuesta a la pregunta …

En ciencia, encuadrar una combustión adecuadamente es muy importante, si alguna vez quiere resolverla.

“¿Se mueven los electrones alrededor del núcleo como una especie de movimiento perpetuo …” … sí, se están moviendo y seguirán moviéndose perpetuamente. El movimiento es complejo como se describe en algunas otras respuestas. Pero eso no es lo que te interesa. La palabra clave aquí es “máquina”

“… ¿Máquina en movimiento? ¿De dónde obtienen la energía y por qué no la pierden, …?” Aquí es donde se está cometiendo un gran error. Estás equiparando el sistema de núcleo de electrones a una máquina. El sistema de núcleo de eceltron es un sistema aislado autosostenido. La máquina, por definición, interactuará con otros sistemas o con el resto del mundo. Supongamos que, por alguna “brujería”, puede utilizar el extraño movimiento mecánico cuántico del electrón para “empujar” algo y hacer el trabajo, es decir, ha construido una máquina. En el momento en que el electrón “empuja” perderá energía, de modo que ahora se moverá de una manera diferente o el sistema de núcleo de electrones pasará a un estado cuántico diferente con una energía más baja. Pero no te importa mientras el electrón esté “empujando”. Eventualmente, el núcleo electrónico perderá suficiente energía y pasará al estado fundamental.

No más “empujando”, eso es todo. ¿Por qué? porque el sistema ha alcanzado su estado de energía más bajo posible … que permite la mecánica cuántica. No puede ir más bajo. La única interacción posible que puede tener con el mundo externo es separarse. Así que su batería está ahora fuera y su máquina se detiene. Tenga en cuenta que el electrón todavía se está moviendo.

Usted es inteligente … puede decir, oye, ¿por qué no bombear energía al sistema de electrones nucleares? Usted descubre otro wicthcraft para hacerlo … solo para darse cuenta de que su esquema ahora no es diferente a cualquier otra máquina en cualquier parte del mundo, el movimiento perpetuo del electrón no fue de ninguna ayuda.

“Máquina en constante movimiento” ……… hmmm … Si usted es físico o ingeniero de cualquier tipo, deseo dejar su trabajo de inmediato e ir a hacer algo útil con su vida … Si no eres …. Entonces, permítame presentarle algo llamado “tercera ley de la termodinámica” … su puro mal … no te dejará hacer una máquina 100% eficiente nunca … nunca jamás …

Answer 10

Los electrones en movimiento acelerado, según las ecuaciones de Maxwell, irradian energía. Sin embargo, el electrón acelerado, según las mismas ecuaciones de Maxwell, también absorbe energía. Esa parte de la absorción no se tiene en cuenta. Para la respuesta completa, se debe tener en cuenta tanto la radiación de energía como la absorción de energía (ver: http://www.researchgate.net/publ …).

Answer 11

Debido a que absorben y emiten energía, los fotones se liberan en estados excitados y se absorben fácilmente en otros estados. Mencionar también que las reacciones y la transferencia de energía también están ocurriendo entre las partículas en el sistema, la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil. En cierto sentido, la energía se absorbe de fuentes externas y otras materias, la luz, la emisión de fotones de otras partículas y el intercambio interno. Es un ciclo continuo. Emitir … absorber.

Answer 12

El momento angular del electrón móvil se conserva para cada órbita. La Tierra está girando durante millones de años. ¿Alguien le da un giro diario? El mismo fenómeno está ocurriendo aquí. Al igual que la Tierra que nunca adquiere o pierde energía, el electrón en una órbita en particular cuyo momento angular es un múltiplo entero de su longitud de onda tendrá su momento angular conservado y mantendrá constantemente su giro alrededor del núcleo.

Answer 13

Sí, esta es una forma de movimiento perpetuo.

No todas las formas de movimiento perpetuo son rechazadas. Lo que viola las leyes de la termodinámica es una máquina de movimiento perpetuo de la que puede extraer trabajo útil y que nunca deja de moverse.

Los electrones que se mueven alrededor de los núcleos en un átomo son un ejemplo de tal movimiento perpetuo permisible. Por lo general, se encuentran en estados estacionarios desde los cuales pueden descomponerse hasta el estado fundamental, con la liberación de cierta energía en forma de radiación. Pero en el estado fundamental de un átomo, ya no es posible perder más energía y no hay fricción que resista el movimiento. Esto se denomina movimiento de punto cero y, de hecho, es requerido por la mecánica cuántica.

Los electrones obtuvieron la energía para su movimiento sobre el núcleo cuando se unieron por primera vez al núcleo.

Answer 14

“La pregunta clave es” ¿por qué [los electrones] no pierden su energía? “” El estado de energía más baja de un sistema clásico no es el estado permitido de energía más baja de un sistema cuántico, la energía de punto cero es la más baja energía, estado permitido. Energía de punto cero – Wikipedia En 0 K hay fluctuaciones cuánticas, pero estas fluctuaciones (cambios) son adiabáticas. Proceso adiabático – Wikipedia

Answer 15

Simplemente estoy adivinando, pero creo que técnicamente hablando, el electrón está dentro de los núcleos, en un estado de quatom que parte de su masa se convierte en un campo de energía que rodea a los núcleos. Si ese campo de energía se restringe en la interacción con otros campos de energía provenientes de otros núcleos en particular, produce una masa con la masa que llamamos electrón.
¿De dónde viene la energía?
Otra conjetura salvaje
La energía de la materia proviene de partículas de antimateria que atrapan el interior de los fotones.
Gracias al Big Bang
La materia oscura no tuvo tanta suerte.
Oye, si alguien me respalda con Matemáticas, tal vez podamos escribir la teoría de todo.
Paz