Энергия электрического заряда в вакуум

Рассмотрим покоящийся электрический заряд в вакууме. Его полная энергия равна потенциальной энергии. Чтобы найти величину энергии заряда, представим себе, что на некоторое проводящее тело, например на сферу радиуса г, постепенно, малыми порциями, наносится электрический заряд, так что в конце концов заряд сферы возрастает от нуля до некоторой величины во. Силы электростатического отталкивания будут препятствовать внесению на сферу каждой следующей порции заряда. Если сфера уже имеет заряд е, то внесение новой порции de должно совершаться против силы отталкивания df=- . [c.45]

В вакууме силам притяжения между катионом и анионом не мешают никакие посторонние частицы. В побой другой среде энергия взаимодействия между электрическими зарядами уменьшается, что характеризуется диэлектрической проницаемостью е (е — число, показывающее, во сколько раз уменьшается энергия взаимодействия между электрическими зарядами в данной среде по сравнению с вакуумом). [c.56]

Например, ддя воды при 18 °С диэлектрическая проницаемость е = 81, т. е. энергия электростатического взаимодействия между электрическими зарядами в водной среде уменьшается в 81 раз по сравнению с вакуумом. Для электролитов в водных растворах это означает увеличение их способности к ионизации. Полагают, что значительную роль при этом играют процессы сольватации молекулы растворителя, например, воды, окружая катион и анион, создают сольватные (гидратные — в случае воды) оболочки вокруг ионов и как бы растаскивают их. [c.57]

Понятие электродный потенциал основано на различии в плотностях зарядов или энергии электронов в двух фазах. Избыток ионов или электронов на поверхности одной из фаз (твердой или жидкой) сообщает этой фазе внешний, или вольта-потенциал г]). Этот потенциал определяется работой, достаточной для медленного переноса единичного точечного электрического заряда из бесконечности в данную точку на поверхности фазы. Внутренний или гальва-ни-потенциал фазы ф выражается электрической работой, необходимой для перемещения единичного заряда из бесконечности, в вакууме в данную точку внутри фазы. Гальвани-потенциал представляет собой разность двух внутренних потенциалов между двумя точками в различных фазах, поэтому в противоположность вольта-потенциалу его нельзя определить экспериментально. Условились электродным потенциалом называть э. д. с. электрохимической цепи, в которой справа расположен исследуемый электрод, а слева нормальный водородный электрод. Совокупность потенциалов, установленных таким образом, составляет ряд нормальных потенциалов по водородной шкале (табл. 2). [c.12]

Последние четыре уравнения этой системы уравнения Максвелла) связывают поля с током и плотностью электрического заряда системы. Здесь с — скорость света, Iq, во—соответственно магнитная и диэлектрическая проницаемость вакуума (в МКС). Уравнения импульса (4.155) и энергии (4.156) не соответствуют нормальной консервативной форме записи уравнений сохранения. Однако, используя уравнения Максвелла, легко показать, что 1Ь1 можем записать силовой член в уравнении импульсов в виде [c.223]

Теплота сольватации должна быть связана с природой взаимодействия ионов с растворителем. Одно из возможных предположений состоит в том, что эта теплота обусловлена изменением энергии иона, как электрического заряда, при переходе его из вакуума (е=1) в растворитель, обладающий более высокой диэлектрической проницаемостью. [c.44]

Как уже отмечалось, электростатическая энергия тела, как и вообще энергия электрического поля, представляет собой не потенциальную, а свободную энергию [25, 26]. Впервые изменение парциальной свободной энергии иона с зарядом ге при переходе из вакуума (е= 1) в сплошную среду с диэлектрической проницаемостью в рассчитал Борн [1Д, предположив, что ионы можно рассматривать как жесткие шары радиуса г [c.59]

Его свободной энергией является работа переноса иона из металла в раствор в условиях, когда обе фазы находятся в своем стандартном состоянии. Это состояние для процесса с участием заряженных частиц удобно выбрать так, чтобы на поверхностях фаз отсутствовали избыточные электрические заряды, а, следовательно, вообще говоря, чтобы между фазами не было контакта. Перемещая ион из такого стандартного металла М- (рис. 1, в) в вакуум, мы затратим работу выхода иоиа из металла в, а затем, внося ион в стандартный раствор, приобретем работу выхода иона из раствора Суммируя затраченные работы, найдем свободную энергию Ах нашего процесса, которая, таким образом, равна [c.360]

В соответствии с соотношениями (5.1) и (5.2) внутренний потенциал представляет собой работу перенесения единичного пробного заряда из бесконечно удаленной точки в вакууме внутрь данной фазы, причем работа эта не должна учитывать химической энергии взаимодействия пробного заряда с данной фазой. Химическая энергия взаимодействия заряженной частицы с фазой в принципе также обусловлена электрическими по своей природе силами, но только более сложными, нежели кулоновское взаимодействие заряда с заданным полем. [c.21]

Для восстановления зарядов на границах металл—вакуум через внешнюю цепь должен проходить ток, по силе которого можно вычислить контактный потенциал. Попутно можно заметить, что такое устройство по существу представляет собой один из типов приборов для превращения атомной энергии в электрическую. [c.190]

Как уже было упомянуто, -орбитали могут быть представлены в виде, приведенном на рис. 7-1. Для свободных ионов или атомов в вакууме эти орбитали вырождены при наложении электрического поля, обусловленного, например, наличием лигандов, энергии этих орбиталей дифференцируются. Энергии орбиталей, направленных к лигандам, повышаются по сравнению с энергией орбиталей, направленных между ними. Например, если шесть одинаковых лигандов приближаются к иону металла по осям х, у i 2, заряды лигандов будут в большей степени отталкивать электрон, находящийся на а- или -орбитали, чем на орбиталях d y, и dyz, так как первые направлены к лигандам. С энергетической точки зрения первоначальный вырожденный уровень для октаэдрических комплексов расщепляется на два, и [c.257]

Диэлектрики имеют очень низкую проводимость (о<10 Ом -см ), которая увеличивается с повышением температуры. Под действием внешнего электрического поля происходит поляризация диэлектриков, т. е. определенная ориентация молекул. Вследствие поляризации внутри диэлектрика возникает собственное электрическое поле, которое ослабляет воздействие внешнего поля. Количественной характеристикой ослабления воздействия внешнего поля служит диэлектрическая проницаемость, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия двух зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме. Вследствие поляризации в диэлектрике возникают диэлектрические потери, т. е. превращение электрической энергии в тепловую. При некотором высоком напряжении внешнего электрического поля диэлектрик теряет свои электроизоляционные свой- [c.361]

Для получения масс-спектра пары веш ества в глубоком вакууме (-10 мм рт.ст.) бомбардируют потоком электронов с энергией 70 эВ. Образующиеся при распаде молекулы частицы ускоряются сильным электрическим полем и попадают в магнитное поле, в котором нейтральные частицы не изменяют направления движения, а ионы изменяют траекторию своего движения в зависимости от отношения массы к заряду т/г, что позволяет распределить ионы по их массам, определить массы ионов и их количество. [c.563]

Вместе с образованием собственных поверхностных состояний вблизи поверхности кристалла происходит искажение спектра объемных зонных состояний. Перераспределение электронного заряда между объемными и таммовскими состояниями приводит к образованию заряженных слоев, электрические поля которых изменяют энергии электронов, т. е. смещают положение электронных уровней относительно уровня вакуума. Это явление, получившее название изгиба зон у границы, играет существенную роль для гетерогенного катализа [12]. [c.55]

Важнейшей эмиссионной характеристикой твердых тел является работа выхода е(р (е — заряд электрона, ср — потенциал), равная минимальной энергии, необходимой для перемещения электрона с поверхности Ферми в твердом теле в вакуум (в точку пространства, в которой электрическое поле равно нулю) [1, 2. Если отсчитывать потенциал от уровня, соответствующего покоящемуся электрону в вакууме, то ф — потенциал внутри кристалла, соответствующий уровню Ферми. [c.444]

В табл. 14 и 15 приведены химические теплоты АЯд и химиче-ские энергии АО д. Как было впервые отмечено Ланге и Мищенко (1930), все методы расчета ионных теплот и ионных энергий гидратации не учитывают электрической работы, совершаемой ионом при пересечении нм границы раздела вакуум — раствор. Если заряд грамм-иона равен гР, а скачок потенциала на границе вакуум— раствор составляет величину то электрическая работа при прохождении этой границы будет [c.76]

В своей первоначальной теории Дирак рассматривал отрицательные решения релятивистского уравнения одной частицы как решения, соответствующие отрицательной энергии. Физическая интерпретация таких состояний наталкивается на непреодолимые трудности. Частица с отрицательной энергией должна иметь отрицательную массу ее ускорение должно быть направлено против силы. Состояния с отрицательной энергией сколь угодно большой величины проявились бы в возможности неограниченного выделения частицей энергии при переходе во все более низкие состояния. Чтобы обойти эти трудности, Дирак в 1930 г. выдвинул предполол ение, что пустое пространство — вакуум — представляет собой пространство, в котором все состояния отрицательной энергии (их бесконечно много) заполнены электронами, а состояния с положительной энергией свободны. В каждой точке такого пустого пространства имеется бесконечно много электронов отрицательной энергии, которые образуют своеобразный фон , от которого следует проводить отсчеты всех физических величин. Отклонение числа электронов от нормального— фонового — числа проявляется в наличии частиц с электрическим зарядом, создающим электрическое поле, и массой, создающей гравитационное поле. Если имеется один электрон с положительной энергией, то он не может перейти в состояния отрицательной энергии, так как они все заняты (см. в 72 принцип Паули). Если одно из состояний в фоне свободно — дырка в фоне , то этому состоянию должна соответствовать частица с положительной массой и положительным зарядом. Такие частицы в 1930 г. не были известны, поэтому Дирак пытался отолсдествить дырочные состояния с протоками. В 1932 г. были открыты позитроны — частицы с массой электрона и положительным зарядом. Открытие позитронов значительно повысило интерес к теории дырок , развитой Дираком. Многие свойства позитронов хорошо описывались теорией дырок . Было установлено, что позитрон возникает всегда в паре с электроном. При этом поглощается энергия, превышающая 2тс2, Теория дырок легко объясняет это явление. Для образования позитрона надо перевести электрон из состояния отрица- [c.304]

Рассмотрим простейший случай комплекс построен из катиона с конфигурацией сР (Т1 +, и шести лигандов, занимающих вершины правильного октаэдра. В вакууме у рассматриваемых свободных ионов и атомов -орбитали вырождены, при наложении же электрического поля, создаваемого в данном случае шестью лигандами, эти орбитали дифференцируются. Заряды лигандов сильнее отталкивают электрон, находящийся на орбиталях, которые направлены к ним, чем на орбиталях, направленных вдоль биссектрис координатных углов й у, <1 . Таким образом, происходит расщепление -уровня на два один подуровень дважды вырожден и характеризуется более высоким значением энергии (eg), другой трижды вырожден, и энергия его ниже (t2g). Рис. 2 иллюстрирует это положение. [c.15]

В переменных электрических полях поляризация изменяется во времени периодически. При этом под влиянием упомянутых ограничительных факторов быстрые движения зарядов затруднены и это приводит к рассеянию энергии в виде тепла. В то время как в вакууме вектор электрического тока образует с вектором напряжения фазовый угол, равный 90°, при поляризации диэлектрика фазовый угол уменьшается (рис. 1.1). Эффек- [c.18]

Как уже было упомянуто, -орбитали могут быть представлены в виде, приведенном на рис. 7-1. Для свободных ионов или атомов в вакууме эти орбитали вырождены при наложении электрического поля, обусловленного, например, наличием лигандов, энергии этих орбиталей дифференцируются. Энергии орбиталей, направленных к лигандам, повышаются по сравнению с энергией орбиталей, направленных между ними. Например, если шесть одинаковых лигандов приближаются к иону металла по осям х, у и г, заряды лигандов будут в большей степени отталкивать электрон, находящийся на г=- или с2 2-орбитали, чем на орбиталях йху, йхг и йу , так как первые направлены к лигандам. С энергетической точки зрения первоначальный вырожденный уровень для октаэдрических комплексов расщепляется на два, и у-орбитали приобретают энергию более высокую, чем они имели бы, если бы не были направлены к лигандам, а е-орбитали приобретают более низкую энергию. Рис. 7-2 иллюстрирует сказанное. [c.248]

Диэлектрическая проницаемость. При действии внешнего электрического поля в диэлектрике происходит смещение электрических зарядов и появление поверхностных зарядов. Это явление описывается в терминах диэлектрической проницаемости о и поляризации Р. Поляризация материала - это изменение плотности заряда на пластинах конденсатора, если в качестве диэлектрика вместо вакуума используется данный материал, т.е. Р = двак - дмат- Смещение зарядов внутри материала взаимно нейтрализуется, поэтому поляризация происходит лишь на поверхностях, контактирующих с пластинами конденсатора. Диэлектрическая проницаемость, в свою очередь, определяется относительным повышением емкости С конденсатора или относительным снижением разности потенциалов и в условиях, когда плотность зарядов остается постоянной, т.е. Q= J J вaк = мат-В переменных электрических полях поляризация изменяется во времени периодически, но, поскольку быстрые движения з ядов затруднены, это приводит к рассеянию энергии в виде тепла. В то время как в вакууме вектор электрического тока образует с вектором напряжения угол, равный 90 , при поляризации диэлектрика фазовый угол уменьшается. [c.551]

Теоретический расчет энергии сольватации ионов. Первый способ такого расчета был предложен Борном в 1920 г. Раствор рассматривают как сплошную однородную среду с относительной диэлектрической проницаемостью е. Перенос иона из вакуума в раствор мысленно разделяют на три стадии 1) удаление электрического заряда с иона в вакууме 2) перенос незаряженной частицы из вакуума в раствор 3) обратное заряжение частицы в растворе. Так как рассматривают только электростатические, а не химические силы, работа второй стадии равна нулю. Для расчета работ разряда и заряжения частицы при1шмают, что она представляет собой шар радиуса Г/. При наличии заряда Q. согласно уравнению (2.4), потенциал поверхности шара = г /) (Г]) будет равен (ЦАлгфГ . Для увеличения заряда шара на dQ необходимо затратить на работу а ю = —= Отсюда нахо- [c.181]

Среди явлений, включаемых в понятие гидратации, преобладающим фактором часто считают влияние электрического поля ионов непосредственно на соседние дипольные молекулы воды. Чем меньше размер и ыше заряд иона, тем это влияние имеет большее значение, так как электрическая сила на периферии ( поверхности ) иона становится при этом больше. Это взаимодействие более или менее ориентирует дипольные молекулы в направлении силовых линий вопреки беспорядочному тепловому движению, оно уменьшает их подвижность и вызывает частичное (или полное) диэлектрическое насыщение. Оно увеличивает также время диэлектрической релаксации дипольных молекул по отношению к внешним электрическим влияниям. Можно ожидать, что величину этой ион-дипольной силы или соотношение этой силы и тепловой энергии удастся легко оценить, так как, согласно электростатике, потенциальная энергия электрического взаимодействия между точечным электрическим зарядом е и электрическим диполем с моментом ц, расположенным на расстоянии г от заряда, равна (ер os )/ег , где д — угол М16ЖДУ осью диполя и, направлением г. Проводя это вычисление и полагая, что между молекулой воды и ионом существует вакуум (е=1), получим для потенциальной энергии однозарядных ионов значение (124 os )/r2 ккал-моль , которое ДЛЯ случая полной ориентации ( os 0 =l) выше, чем средняя тепловая энергия при комнатной температуре (/ Г- 0,6 ккал- МОЛЬ" ) вплоть до расстояния примерно 14 А. Однако это вычисление, очевидно, не верно, так как между ионами и соседними молекулами воды нет вакуума. Если при вычислении использовать макроскопическое значение диэлектрической проницаемости воды, то потенциальная [c.522]

Указанные в этой таблице величины эффективных радиусов ионов в водных растворах г рассчитаны методом, предложенным в 1920 г. Максом Борном. Это радиус заряженной сферы, причем энтальпия гидратации равна разности энергии электрического поля для вакуума (диэлектрическая проницаемость /) = 1) и однородной среды, имеющей диэлектрическую проницаемость 80 (макроскопическое значение для воды), и окружающей данную сферу. Допустим, что такая сфера имеет заряд д. Энергия, необходимая для переноса бесконечно малого заряда с1д на поверхность этой сферы, равна дкд гВ. Общая энергия, необходимая для увеличения заряда от О до ге (е — электронный заряд в стонеях), равна [c.421]

Электронопроводящая фаза (металл, уголь, графит и пр.), вместе с раствором или расплавом электролита образует полуэлемент. Из двух полуэлементов получают электрохимическую цепь (гальванический элемент). Как видно, в электрохимических цепях имеются твердые фазы (левый и правый электроды) и жидкие фазы (растворы, примыкающие к электродам). Могут быть также и газовые фазы, граничащие с раствором н электродами (по свойствам близкие к вакууму). Разность потенциалов между двумя точками определяется работой, которую необходимо совершить, чтобы перенести элементарную частицу электричества из одной точки в другую. Если обе точки находятся в одной и той же фазе, то работа переноса заряда будет электрической и разность потенциалов между выбранными точками можно измерить или вычислить. Если точки лежат в двух разных фазах, то перенос элементарной частицы электричества будет связан не только с электрической работой, но и с химической, поскольку химические потенциалы этой частицы в разных фазах неодинаковы. Поэтому энергетическое состояние заряженной частицы характеризуется суммой химического потенциала и ее электрической энергии в данной фазе [c.161]

Рассмотрим электрический заряд в вакууме. Чтобы найти величину энергии заряда, представим себе, что на незаряженную проводяш ую сферу радиуса г малыми порциями наносится электрический заряд, так что окончательно суммарный заряд сферы окажется равным Очевидно, силы электростатического отталкивания будут препятствовать внесению на сферу каждой последуюш,ей порции заряда йц. Работа внесения заряда (1д на сферу радиуса г, имеюш,ую заряд д, равна [c.13]

Диэлектрическая постоянная воды. Одним из наиболее важных свойств воды, которое необходимо рассмотреть в связи со свойствами растворов электролитов, является ее диэлектрическая постоянная. Как отмечалось выше, молекула воды имеет дипольный момент. Этого, естественно, можно было ожидать из нашего описания строения молекулы воды, содержащего представление олокализации положительных зарядов на одной стороне молекулы и отрицательных — на другой. Электрический диполь будет стремиться ориентироваться в электрическом поле таким образом, чтобы уменьшить энергию системы, и, кроме того, электронные оболочки молекул будут несколько деформированы благодаря взаимной поляризуемости. Предположим, что мы имеем два электрических заряда и е . Предположим, далее, что эти заряды удалены друг от друга настолько, что они взаимодействуют как точечные заряды. Если бы они находились в вакууме, [c.394]

Даже в вакууме благодаря этому на ней образуется двойной электрический слйй снаружи электроны, внутри положительные заряды атомных остовов металла. На границе, лежащей между этими двумя слоями разноименных зарядов, т. е. практически вне металла, плотность распределения электронов достигает половины ее величины внутри металла р. Ширина двойного электрического слоя 2 зависит от кинетической энергии электрона на уровне Ферми— о, работы выхода для данного металла — ф и волнового числа электрона на уровне Ферми — Кг. [c.114]

Рассмотрим работу внесения заряженной частицы г из вакуума внутрь оставшейся незаряженно ( сферы, лишенной также пространственно разделенных зарядов на поверхности (рис. У1.1,в). При умножении на постоянную Авогадро эта работа дает, т. е. химический потенциал частицы I в фазе а. Если,, например, фаза а представляет собой бесконечно разбавленный раствор, а частица / является ионом, то величина х/ обусловлена энергией ион-дипольного взаимодействия и равна химической энергии сольватации. Химическая энергия взаимодействия заряженной частицы с фазой также обусловлена электрическими по своей природе силами, но только более сложными, нежели кулоновское взаимодействие заряда с заданным полем. [c.113]

Поскольку из эксперимента следует, что при растворении соли Na l в жидком аммиаке сольватированные электроны не образуются [8], может возникнуть вопрос, почему ослабления электрических сил притяжения, действующих между зарядами в аммиаке, достаточно, чтобы тепловое движение могло ионизовать натрий (энергия ионизации атома натрия э вакууме 5,1 эВ), но недостаточно для ионизации отрицательного иона хлора (хотя энергия диссоциации СГ в вакууме равна 3,8 эВ). Причина этого, вероятно, в следующем при ионизации натрия образующиеся катион и электрон сольватируют растворитель, и в результате энергия системы существенно понижается при ионизации же аниона СГ сольватированный анион СГ заменяется парой сольватированный электрон и нейтральный атом С1, относительный выигрыш энергии значительно меньше, и сольватированный электрон ("коллективизированный отрицательный анион аммиака ) в этом случае не появляется. [c.31]

Все процессы в масс-спектрометре протекают в высоком вакууме при остаточном давлении 10 —рт. ст. Для определения, массы образующихся ионов полученный ионный пучок подвергают воздействию ориентированных определенным образом электрических и магнитных полей. В электрическом поле отклонение от прямолинейной траектории быстро движущихся заряженных частиц обратно пропорционально их кинетической энергии, т. е. величине mv 2e, где т — масса иона, v — его скорость, а е — заряд. В магнитном поле их отклонение обратно пропорционально величине mvie, т. е. импульсу движущегося иона. В обоих случаях отклонение зависит от величины отношения массы иона к его заряду, т/е. При отклонении пучка ионов, ускоренных в электрическом поле с потенциалом Е, воздействием магнитного поля с напряженностью [c.175]