电势能相互作用是什么呢
电势能相互作用是什么呢
1.一个高速电子向原子方向运动的过程中,如果距离r非常的小,原子的“自身能”将对电子产生影响,原子内部是电平衡的,而原子的质子与核外电子具有电荷量,因此将通过电场作用于高速电子,电子的电势能变化量不能完全由上式计算。因为相互作用情况下,电子也通过电场作用于核外电子。二者的相互作用如图所示:高速电子在原子核外电子电场力的作用下,其速度将会减小。此时将会发射一种高频射线,称为“连续X射线”,这种辐射称为 “轫致辐射”。
2.如果电子在原子核外电子电场力的作用下减速后,还具有充足的动能,就会把原子的核外内层电子碰撞出轨道。如图所示:在电场力的相互作用下,电子和原子核外电子都将偏离轨道,而留下一个“空位”。此时原子的外层电子会向内层的这个位置跃迁,并且发射出和能级间距能量相等的高频射线,称为“标识X射线”,或“特征X射线”。
原子序数大于(含)锂Li原子的元素,都具有2个或以上能级能够发生跃迁。跃迁发射的能量与原子序数有关,反映了原子的本质特征,可以通过测定发射的能量来对原子进行标识。
3.高速电子与原子核外电子的相互作用,现在仔细分析一下高速电子与原子核外电子相互作用的具体过程。如图所示:
高速电子以速度v1向原子核方向运动,原子核外电子以线速度v2绕核高速旋转。原子核对核外电子具有向心力F2。相互作用过程中,高速电子对核外电子具有电场力F12,同时核外电子对高速电子具有电场力F21。
碰撞前:
首先由库仑定律和向心力方程,有碰撞前原子核质子正电场对核外电子的库伦力:
万有引力相比库伦力很小,因此可以忽略不计。
根据这两个方程,可以得到碰撞前原子核外电子的速度平方和半径的乘积:
因为测不准原理的关系,不能得到v2或r2,但可以求出 。电子质量和电子电荷都已被精确测量出来,因此这个值可以定量计算。碰撞时:在下一瞬间,电子向前位移 ,同时在F21作用下速度减小。而核外电子在F2作用下绕核旋转线位移 ,同时在F12作用下速度增加。电子的运动轨迹通常根据光速不变原理进行计算。
而这个过程前后的能量变化,则可以根据能量守恒定律得到。设核外电子为原点且为基准,那么碰撞时电子的动能Ek转化为(电子在核外电子形成的电场中的)电势能Ep和连续X射线能Ex1:
碰撞后:
根据能量守恒定律,仍设核外电子为原点且为基准,那么碰撞后电子的电势能Ep又转化为动能 ,而连续X射线能Ex1就成为一部分辐射能Er。如果电子将核外电子撞出轨道而发生跃迁,那么标识X射线能Ex2就成为另一部分辐射能:
标识X射线能的计算:
这部分射线能Ex2是确定的,而且还和原子的原子序数有关。设内层电子能级能量E1,外层电子能级能量E2,标识X射线能 等于现在标识X射线已在金属检测领域广泛应用,理论上可以用于测量除氢H和氦He之外所有材料的组成。
连续X射线能的计算: