Определить максимальную энергию (в эВ), которой могут обладать свободные электроны в металле при абсолютном нуле. Принять, что на каждый атом металла приходится по одному электрону. Массовое число металла равно 57, а плотность металла равна 8843 кг/куб.м.
ДАНО:
A=57;
ρ=8843кгм3.
Найти:Emax−?
Массовое число металла показывает во сколько раз масса его атома больше атомной единицы массы, приблизительно равной массе протона:
m0=A⋅mρ;
Масса некоторой части металла, в которой находятся N электронов (а значит и атомов - по условию) равна:
m=N⋅m0;
а их концентрация:
n=NV=Nm⋅ρ=N⋅ρN⋅A⋅mρ=ρA⋅mρ;
Максимальной энергией электроны обладают на уровне Ферми, определяемом формулой:
EF=h22⋅me⋅(3⋅n8⋅π)23;
Тогда:
EF=h22⋅me⋅(3⋅ρ8⋅π⋅A⋅mρ)23;
подставив числовые значения, получим ответ:
Emax=7.475эВ.
Чем смог
Объяснение:
Плохо, что не написан какой изотоп бора, будем считать, что это ₅¹¹В.
Вычислим массу ядра бора: mя = mиз - 5* me =
= 11,00931 - 5*0,00055 = 11, 00656 а.е.м.
Вычислим суммарную массу 5-и протонов и 6-и нейтронов входящих в состав ядра бора: ∑m = 5*mp + 6*mn = 5*1,00728 + 6*1,00866 =
= 5,03640 + 6,05196 = 11,08836 а.е.м.
Вычислим дефект массы ядра бора: Δm = ∑m = mя = 11,08836 - 11,00656 = 0,08180 а.е.м.
Переведем в килограммы: 1 а.е.м. = 1,6606*10⁻²⁷ кг => Δm = 1,6606*10⁻²⁷ кг * 0,08180 ≈ 1,35837*10⁻²⁸ кг ≈ 1,36*10⁻²⁸ кг
Вычислим энергию связи ядра бора: E = m*c² =
= 1,35837*10⁻²⁸ кг * (3*10⁸ м/с)² ≈ 1,22*10⁻¹¹ Дж.
