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电子的质量到底有多小?地球上全部电子的总质

电子的质量到底有多小?地球上全部电子的总质

作者:佚名    来源:互联网    发布时间:2020-03-10 12:46

电子是我们熟知的一种构成物质的基本粒子,在大家的印象中,电子是质量很小的粒子,它围绕着原子核运动构成了世间万物。但我们很少去深入的了解它,比如说电子的质量到底有多小呢?地球上所有的电子加起来会有多大的质量呢?今天我们就来讲一讲。

电子的质量小到什么程度,我们可以从粒子加速器的实验来讲,科学家是一群很“残忍”的家伙,他们将基本粒子在粒子加速器里加速到能达到的极限,然后让它们高速碰撞,最后在这些“车祸现场”探索微观世界。电子作为基本粒子的一种,自然也逃不过科学家们的“毒手”。

通过实验,电子在粒子加速器里可以被加速到光速的99.998,这是一个非常了不起的速度了。之所以没有达到光速,那是因为电子有质量原因,但电子能被加速到高达光速的99.998%,也说明了它的质量是微乎其微的,其中道理很简单,质量越大的物体越难被加速。

很显然这个“微乎其微”的质量是不可能用秤来称出来的,对此科学家会用一些特殊的方法。这里先科普一个名词:“荷质比 (specific charge)”,“荷质比”即带电体的电荷量与其质量的比值,每一种带电粒子都有一个固定的“荷质比”,它是可以从实验中测量出来的,电子也不例外。上世纪初,英国物理学家约瑟夫.约翰.汤姆逊(Joseph John Thomson)通过磁场和静电的偏转力相抵消的方法,精确的测出了电子的“荷质比”e/me=1.758×10^11C/kg,并因此获得了诺贝尔物理奖。

有了“荷质比”的数据,我们还需要知道单个电子的电荷量,这样就可以计算出电子的质量了,这也是一个巨大的难题。为此科学家们付出了很多的精力,1909年美国芝加哥大学物理学家罗伯特.安德鲁.密立根(Robert Andrews Millikan)通过著名的“密立根油滴实验 ”,测得了单个电子的电荷量数值,即基本电荷e=1.602176565(35) ×10^-19库仑。随便提一下,他也因此获得了诺贝尔物理奖。

知道了这两个参数的具体数据,我们就可以轻易的计算出单个电子的质量为:9.10956 × 10^-31kg。

现在我们可以来看一看整个地球有多少个电子了,由于时间关系,我们不可能数出地球上总共有多少个电子,因此在这里只能用大体上的统计数据了,其中会有不小的偏差,大家也不要过于追究。

根据相关数据,整个地球的质量为5.965 X 10^24kg,而地球的平均密度大约是铁的一半,铁原子的质量我们是清楚的,为9.288 × 10^-26kg,根据这两个数据,我们可以粗略的统计出地球上的原子数为(5.965 X 10^24/9.288×10^-26)×2 = 1.2845 X 10^50个,为了计算方便,我们再粗略的将每个原子所包含的电子数平均为10个,并计算得出整个地球有1.2845 X 10^51个电子。

最后,我们做一个简单的乘法,把电子的总数与单个电子的质量相乘,于是得出了整个地球的电子总质量为1.17 X 10^21kg,换成直观点的说法,地球上全部电子的总质量为117亿亿吨!这是一个近似的数字,可能与实际测量相差甚远,我们从这个计算结果可以清楚的看到,虽然单个的电子质量极小,但是因为它们有着庞大的基数,所以整个地球所有电子的总质量是一个相当大的数字。

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