Si los electrones se comportan como las ondas estacionarias cuando ellos están enlazados a un átomo, entonces ¿cómo llevan la carga?

Question

Hoy en mi lección de física hemos aprendido que la mejor manera de describir el comportamiento de un electrón que está enlazado a un átomo es tratarlo como una onda estacionaria. Entiendo que esta es la dualidad onda-partícula sin embargo me enseñaron que en la dualidad onda-partícula algo que actúa como una onda o una partícula, no ambos al mismo tiempo. Con esto en mente soy curioso en cuanto a cómo los electrones pueden todavía llevar carga cuando ellos se comportan como una onda. Le pregunté a mi profesor de esta pregunta y él no era capaz de responder, así que espero que alguien por aquí puede que me lo explique :)

Answer 1

Es probable que su imagen mental de la "onda" que describe el electrón es engañosa. Si usted está pensando que los electrones de la misma se extiende en la forma de la onda y que la carga es demasiado, entonces usted debe repensar su imagen.

El electrón "es" o "se comporta" como una ola en la que el estado es descrito por algo que se llama una función de onda. ¿Qué significa esto? Así la función de onda básicamente dice que la probabilidad de medición donde el electrón será si intenta medir la posición de los electrones. En esta imagen, el electrón está siendo pensado como un pointlike partícula con carga, pero su ubicación es incierta, y esta incertidumbre es donde la "ondulación" viene de.

Así, por ejemplo, vamos a considerar el electrón en el átomo de Hidrógeno. Es mejor no pensar en el "wavelike" la naturaleza de los electrones como ser representado por un ondulado cosa que circulan alrededor del núcleo o algo de ese tipo. En su lugar, imagina que la función de onda del átomo determina una especie de "nube" con las regiones de diferente densidad, donde el electrón es más probable encontrar si uno se para medir su posición, como en la siguiente imagen:

Usted puede encontrar este hyperphysics enlace esclarecedor en este sentido.

Answer 2

Según de Broglie, la longitud de onda asociada a una partícula de masa m, se mueve con velocidad v está dada por la relación,
$$\lambda=\frac{h}{mv}=\frac{h}{p}$$
donde h es la constante de Planck, v es la velocidad y (p=mv) es el impulso de las partículas. Las ondas asociadas con material pariticles se llaman ondas de de Broglie.

• La longitud de onda de un electrón con la masa de $9.11*10^{-31}$kg y se mueve con la velocidad de $10^6$ m/s es $7.28$ m como se muestra a continuación:
  $$\lambda=\frac{h}{mv}=\frac{6.63*10^{-34}kg m^2 s^{-1}}{(9.11*10^{-31}kg)(10^6m/s)}=7.28*10^{-10}m$$

• Vamos a comprobar la longitud de onda asociada con un coche de masa $10^{6}$ kg y se mueve con la velocidad de $9.11*10^{-31}$ m/s (casi en reposo):

$$\lambda=\frac{h}{mv}=\frac{6.63*10^{-34}kg m^2 s^{-1}}{(10^6kg)(9.11*10^{-31}m/s)}=7.28*10^{-10}m$$
Esto demuestra que un coche o cualquier material objeto con masa $10^{6}$kg y se mueve con una velocidad de $9.11*10^{-31}$m/s (casi en reposo) tiene la misma longitud de onda que la de un electrón. Pero, usted no puede ver la longitud de onda asociada con él, porque es mucho más pequeño que el macroscópico, el tamaño del coche. Todavía no hay una longitud de onda asociada con él, pero que son incapaces de ver. Debido a la insignificante longitud de onda, el coche se dijo a mostrar partícula de la naturaleza.

Del mismo modo, el electrón tiene la misma longitud de onda que el de coche. Aquí su longitud de onda es mucho mayor que su tamaño (radio de $2.817*10^{-15}$m). Así, la onda de carácter predomina. Todavía existe la partícula (elque lleva la carga), pero no se observó significativamente debido a su mayor longitud de onda con respecto a ella. Aquí, debido a la mayor longitud de onda, los electrones se dice que muestra la onda de la naturaleza.

Espero que esto te ayudó.