Как динамометром измерить заряд электрона

[VPD]

Дано: r (расстояние между электроном и протоном атоме водорода (атом водорода содержит 1 электрон и 1 протон)) = 0,5 * 10-8 см (0,5 * 10-10 м).

Справочные данные: q1 (заряд протона) = -q2 (заряд электрона) = е = 1,6 * 10-19 Кл; k (коэффициент пропорциональности) = 9 * 109 Н*м2/Кл2.

Силу взаимодействия электрона с ядром в атоме водорода определим с помощью закона Кулона: F = k * q1 * q2 / r2 = k * е2 / r2.

Вычисление: F = 9 * 109 * (1,6 * 10-19)2 / (0,5 * 10-10)2 = 92,16 * 10-9 Н (92,16 нН).

  В материале пружины взаимодействуют электронные оболочки атомов, деформируемые внешней силой.
 Причём здесь протоны?

[Олег Владимирович Лавринович]

Я то же начал так рассуждать, но, оказалось, что этого всего делать не надо.

Делать не надо , если быть уверенным,что силы упругости носят электростатический характер. Но, с точки зрения модели   распределенных зарядов  в веществе  , это достаточно сомнительно, поскольку, нет модели объясняющей устойчивость таких агломераций атомов. Вот мы и рисуем слои диполей. Но атомы нейтральны ,вроде?  Что их удерживает от рассыпания или коллапса?

[TheWho]

  z = 26 - число электронов в атоме железа (считая, что все они в среднем одинаково участвуют во взаимодействии);
  ε - электрическая постоянная вакуума 8,85* 1012 Кул2/Нм2;
 r = 10-10 + 1,56*10-10 = 2,56*10-10 м - расстояние между центрами взаимодействия всех электронов соседних атома, равное расстоянию между атомами + и размер атома железа.
   Легко  получить удельную компенсирующую электрическую силу
k1 =df/dr = -2ze2/4πεr3.

- Дело в том, что ваша пружина это не колбаса с 26ю атомами  -да еще железа!. с этогоо момеента вашу работу можно не читать. а боох-атомный млкосккоп вам в помоощь.

Не знаю либо случайно.  либо специально вы подтянули ответ

[Олег Владимирович Лавринович]

  В материале пружины взаимодействуют электронные оболочки атомов, деформируемые внешней силой.
 Причём здесь протоны?

Оболочки отрицательно заряжены , отталкивались бы. А если оболочки атомов переплетаются, то тогда понятно, для разрыва связи надо вщзаимно оторвать электроны от атомов от их ядер. Тогда и место разрыва не электризовалось бы(как и происходит в большинстве случаев) но рвать бы пришлось связь именно электронов к ядру.

[VPD]

Делать не надо , если быть уверенным,что силы упругости носят электростатический характер.

Вот я и проверил.

Но, с точки зрения модели   распределенных зарядов  в веществе  , это достаточно сомнительно, поскольку, нет модели объясняющей устойчивость таких агломераций атомов. Вот мы и рисуем слои диполей. Но атомы нейтральны ,вроде?  Что их удерживает от рассыпания или коллапса?

Распространив закон Гука на межатомные расстояния, получаем механическую деформацию электронных оболочек.
  Вот такая  модель.
  Естественно, всё упрощено до максимума.

[Иван Горемыкин]

А если оболочки атомов переплетаются,

У атомов НЕ СУЩЕСТВУЕТ оболочек.

[VPD]

Оболочки отрицательно заряжены , отталкивались бы.

Они и отталкиваются при сжатии пружины. А при возврате пружины - равновесие восстанавливается.
Какое такое "бы"?   

А если оболочки атомов переплетаются, то тогда понятно, для разрыва связи надо вщзаимно оторвать электроны от атомов от их ядер. Тогда и место разрыва не электризовалось бы(как и происходит в большинстве случаев) но рвать бы пришлось связь именно электронов к ядру.

  Я так не думаю. Всё разыгрывается на электронных оболочках.

[Олег Владимирович Лавринович]

Естественно, всё упрощено до максимума.

Если атом железа металлический и имеет все свойства металла в макроколичеств, то , да. Но тогда и мой подход правильный. определить количество взаимодействующих атомов в слое и разделить на это количество величину разрушающей силы. Тут тоже ошибиться ,как бы, нельзя. Все данные в справочниках и размеры атомов и расстояния между ними  тоже и рентгеновской техникой проверены и подтверждены. Но не совпадает с электрическими силами.

[Олег Владимирович Лавринович]

Они и отталкиваются при сжатии пружины. А при возврате пружины - равновесие восстанавливается.
Какое такое "бы"?     Я так не думаю. Всё разыгрывается на электронных оболочках.

Это описание упругости газа. А в твердых телах, упругость при сжатии практически равна упругости при растяжении. Отталкивающиеся или притягивающиеся шарики не объясняют зависания их относительно друг друга. в так назывемых узлах кристаллической решетки. Ибо нет такой сущности, как решетка, а сами атомы образуют еее своим относительным распложением.
     

[VPD]

  ...Отталкивающиеся или притягивающиеся шарики не объясняют зависания их относительно друг друга. в так назывемых узлах кристаллической решетки. Ибо нет такой сущности, как решетка, а сами атомы образуют еее своим относительным распложением.
   

  Вы хотите сказать, что наука не знает почему атомы твёрдого тела не разлетаются?
   Для создания модели мне, например, совершенно   не надо в этом  разбираться. Для меня важнее железобетонный факт существования  твёрдого состояния. Пружина во время опыта  была всё время одним целым.
 
 
 

[Олег Владимирович Лавринович]

Вы хотите сказать, что наука не знает почему атомы твёрдого тела не разлетаются?

К сожалению, нет, не знает. Всякие предположения о пружинках и крючечках есть, а непротиворечивой модели нет. Только мантра об элекростатической природе всех сил упругости.

[Олег Владимирович Лавринович]

Для создания модели мне, например, совершенно   не надо в этом  разбираться. Для меня важнее железобетонный факт существования  твёрдого состояния. Пружина во время опыта  была всё время одним целым.
 

Конечно, инженерам эти атомы до лампочки. Своих хватает проблем на макроуровне. Но, физика.. , от нее ждем ответа на безответное. А ответов всё нет и нет. Только иногда, физики отмахиваются, что и цели такой наука не ставит. Главное, нашли соотношение того и сего и, ладушки. Кто не согласен, "заткнись и считай".

[VPD]

К сожалению, нет. Всякие предположения о пружинках и крючечках есть, а непротиворечивой модели нет. Только мантра о б элекростатической природе всех сил упругости.

  Я так не думаю.  Силы Ван-дер-Вальса, например
   Но для обсуждаемого вопроса это не имеет значения.

[VPD]

Конечно, инженерам эти атомы до лампочки. Своих хватает проблем на макроуровне. Но физика ,от нее ждем ответа на безответное. А ответов всё нет и нет. Только иногда физики отмахиваются, что и цели такой наука не ставит. Главное, нашли соотношение того и сего и ладушки. Кто не согласен, "заткнись и считай".

  Нормальная позиция.
  Если будешь ждать строго объяснения - ни черта сам не сделаешь.
  Феноменологические модели - прекрасный способ двигать науку и прогресс.

[Олег Владимирович Лавринович]

  Я так не думаю.  Силы Ван-дер-Вальса, например
   Но для обсуждаемого вопроса это не имеет значения.

Почему? Ведь вывести заряд электрона из не электрических исходных, это высший класс. Только осторожно надо, чтоб не ошибиться. В Вашем случае, заряд электрона уже присутствует в исходных. Надо бы проверить не тождество ли доказываете. А мысль  Ваша, как постановка задачи и вариант решения мне понравилась.

[Олег Владимирович Лавринович]

  Если будешь ждать строго объяснения - ни черта сам не сделаешь.
  Феноменологические модели - прекрасный способ двигать науку и прогресс.

Да ,других нет. Но и попытки ставить такие вопросы энтузиазма у обсуждающих не вызывают. http://bolshoyforum.com/forum/index.php?topic=602128.msg8689659#msg8689659

[Олег Владимирович Лавринович]

Силы Ван-дер-Вальса, например

Эти силы, лишь константация . Они ничего не объясняют аналитически.

[Олег Владимирович Лавринович]

k = p/l =  833 Н/м.

Это условная величина для конкретного тела , учитывает негласно и поперечные размеры , поэтому, как  переносить ее на отдельные атомы?  Надо знать количество атомов в сечении тела.   Решение  спорно.

[VPD]

Почему? Ведь вывести заряд электрона из не электрических исходных, это высший класс.

Мне и самому понравилось.

Только осторожно надо, чтоб не ошибиться.

Не мой стиль.

В Вашем случае, заряд электрона уже присутствует в исходных. Надо бы проверить не тождество ли доказываете.

Хорошо бы вы  нашли  такого рода публикацию.
  Я - не нашёл.
  Научного достижения здесь никакого нет: электромагнитная природа механики давно доказана.
  А вот методический приём оказался  простой и изящный.

А мысль  Ваша, как постановка задачи и вариант решения мне понравилась.

Ок.

[Олег Владимирович Лавринович]

k = p/l =  833 Н/м.
   По физическому смыслу k представляет удельную силу, приложенную к любой единице длинны пружины, вплоть до атомарных размеров, что подтверждается записью закона Гука в относительных величинах   https://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/81926/Гука .
  Силу, приложенную к динамометру, компенсирует электрическая сила f взаимодействия электронов атомов железа пружины (их в ней 99,5%) , поэтому воспользуемся законом Кулона
f = e2z/4πεr2,
где, e-заряд электрона;
  z = 26 - число электронов в атоме железа (считая, что все они в среднем одинаково участвуют во взаимодействии);
  ε - электрическая постоянная вакуума 8,85* 1012 Кул2/Нм2;
 r = 10-10 + 1,56*10-10 = 2,56*10-10 м - расстояние между центрами взаимодействия всех электронов соседних атома, равное расстоянию между атомами + и размер атома железа.
   Легко  получить удельную компенсирующую электрическую силу
k1 =df/dr = -2ze2/4πεr3.

Любую длину пружины ,вплоть до атомарного размера длины. А у вас, резкий переход на отдельный атом. а  в атомарной по длине пружине огромное количество атомов по площади сечения, которое за кадром  и это огромное количество взаимодействует в параллель. Если учтете, цифры будут другие.