02.28 世界上的电子总质量真的只有几十克吗?

夜丶未明


假的,全世界的电子总质量不可能只有几十克。虽然单个电子质量只有9.11×10^-31千克,但电子总数量非常多,所以电子总质量也会很高。如果地球的电子总质量只有几十克,由于质子的质量是电子的一千多倍,那么,地球的质子总质量就只有几十千克(假定地球是电中性),而中子的质量也差不多只有几十千克,这就意味着地球的总质量才百来千克,这与地球质量将近6亿亿亿千克的事实不符。

下面,简单来估算一下地球上的电子质量之和。

虽然由于太阳风的作用,地球被电离了,但地球的电离度非常低,只有一千亿亿亿分之一(10^-27),故可以认为地球大致呈现为电中性。物质的组成一般包括三种粒子——质子、中子和电子,其中质子带一个正电荷,中子不带电,电子带一个负电荷。因此,对于大致呈现电中性的地球来说,质子数和电子数大致相等。

虽然单个质子、中子和电子的质量都是已知的,为了算出电子的总质量,还需要知道地球的质子和中子之比。

从质量占比来说,整个地球质量的32.1%为铁,30.1%为氧,15.1%为硅,13.9%为镁,2.9%为硫,1.8%为镍,1.5%为钙,1.4%为铝,另外1.4%为其他元素。对于原子序数较高的元素,其中子数都要多于质子数。而对于原子序数较低的元素,质子数和中子数基本上相等。由于地球的元素组成都是原子序数较低的元素,所以可以认为质子数、中子数和电子数都是相等的。

单个质子的质量和中子的质量几乎是相等的,而单个质子的质量是单个电子质量的1836倍。由此可以算出电子总质量占地球质量的0.0272%(1/(2×1836+1)),所以电子的总质量为1.63×10^21千克,即163亿亿吨。

因此,全世界的电子加起来只有几十克的说法是错误的。事实上,这里的几十克指的是构成互联网的所有运动电子的质量。

根据哈佛大学的物理学家Russell Seitz估计,互联网中可能有7500万至1亿台服务器,每台服务器的功率在350至550瓦之间,所以总功率大约为400亿瓦。由于硅逻辑以大约3伏的电压运行,并且1安培大约是每秒10^18个电子,如果芯片的平均运行速度为10亿赫兹,通过计算可得,互联网是由大约50克的运动电子组成。如果再算上个人电脑,这个数据还要变大3倍。

不过,这项估计是在2006年做出的,现在已经十几年过去了,互联网的数据量早已大幅度增加。按照现在的水平,互联网中的运动电子质量可能已经有几百千克了。


火星一号


几十克?太少了吧?我们来算算就知道了——不算不知道,一算吓一跳!


1克电子是多少个?

一个电子的质量为 9.11×10^-28g。

因此,1克纯电子构成的物质包含1.098×10^27个电子。


地球总共有多少个电子?

估算地球总电子数最巧妙的方法是计算地球上的质子总数,因为电中性物体的电子总数等于质子总数。地球基本上算是电中性的物体,而且是巨大的物体,虽然每时每刻有无数的带电粒子轰击地球,但造成的痕量电荷可以忽略。

上图:电中性的原子,质子数和电子数相等。


构成地球的主要元素是铁(35%),氧(30%),硅(15%)和镁(13%)。平均而言,这些元素的质子质量约占总质量的49%,原子质量的其他51%由中子组成,但中子不带电荷。上述这些元素占到地球的93%,剩下7%,时元素周期表中的其余元素,大致也具有相似的质子-中子比,除了氢的最主要的同位素氕以外,但氕对地球质量的贡献可忽略不计。

上图:所有化学元素及同位素的质子中子数散点图,途中斜线是质子中子比为1:1的界线(Z=质子,N=中子),可以看出,质子中子比略微偏离1:1的比例,随着原子序数上升,中子数比例略微偏高。


质子和中子的质量大致相同,因此将地球质量乘以0.49即可得出所有质子的总质量。在此计算中,您完全可以忽略电子本身的质量,因为它们的质量太小了,小于质子质量的1/1840。


地球总重5.97×10^24千克。将此乘以0.49,便得到2.93×10^24千克(质子总重),再将其除以单个质子的质量1.67×10^-27千克,可以算出地球上总共大约有1.75×10^51个质子,那么电子数量应该与此相同。


计算地球电子总重

将电子总数1.75 x 10^51个除以每克电子数量1.098×10^27=‭1.5938069216757741347905282331512‬×10^21千克。实际上电子总质量只会比质子总质量少三个数量级(3个0)左右。因为前面说了,电子的质量小于质子质量的1/1840,因此只有大约三个数量级的差别。

上图:电子的质量大概是质子或中子质量的1840分之一。


结论

我们计算了,但因为质子质量与电子质量只有三个数量级的差异,因此既然地球质子总质量高达2.93×10^24千克,那么电子的质量大约就是在10的21次方千克这个级别,因此题主的说法是错误的。


小宇堂


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。电子做为基本粒子的一种,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%,说明它的质量是微乎其微的了,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,只需要再知道单个电子的电荷量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,他也因此获得到诺贝尔物理奖。

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,地球上电子的总质量为117亿亿吨!虽然这是一个近似的数字,可能与实际测量相差甚远,但从这个计算结果也可以清楚的看到,整个地球所有电子的总质量是一个相当大的数字,与题主所说的“全世界的电子加起来只有几十克”天差地远!


回答完毕,欢迎大家关注我们,我们下次再见`


魅力科学君



重量,W =质量乘以重力加速度

g =(6.67 x 10^-11 n-m^2/kg^2)(5.979 x 10^24千克)/(6.376 x 10^6 m)^2

= (39.9 x 10^13 )/(4.065 x 10^13)

=地球上9.8 m/s^2

因此,当M(e)= 9.1×10^-31千克时,在地球上,w(e)= 9.1×10^-31×9.8千克m/s^2,但条件是电子静止,即没有相对论效应作为m(e),这里是电子的静止质量。

这意味着计算后W(e) /= 0。因此,电子在地球和任何其他有重力加速度的地方都有重量。



电子有质量,它重9.1 × 10^-31公斤。宏观上可以忽略不计的值。但是如果我们把它和光子相比较,这是非常重要的,因为光子是没有质量的。

根据经典力学,现在重量是“毫克”。

因此,一个电子的重量= 9.1 e -31 * 9.8牛顿。

可以意识到宏观水平上施加在电子上的力可以忽略不计。

电子确实有重量,但是在日常生活中它可以忽略不计。



与其他粒子相比,电子的质量较小。例如,中微子可能是携带较少质量的粒子。

非零电子质量不仅得到实验验证,这也是直觉上已知的,因为电子不以光速运动。

无质量粒子必须以光速运动。

所以电子有质量,也就是说,静止时,它的质量为9.10938291 × 10^-31公斤。



所以,在重力加速度的影响下,它也有分量。

重量取决于电子的质量、吸引电子的物体的质量(通过引力,而不是电荷),以及电子和吸引物体之间的距离。

如果一个电子相对于观察者移动得非常快,在观察者看来,它的质量比静止时要大。

现在估算一下地球有多少原子。

如果地球的平均克分子量为65克= 0.065千克,地球的质量为6.0 × 10 ^24千克

得到摩尔数= 6 × 10 ^ 24 / 0.065 = 10 ^ 26

1摩尔含有6.023 × 10^23原子和65 × N电子

因此,电子数大约为65 × 10^49。

地球电子总质量=电子质量×地球电子个数=(9.1 × 10^-31)×(65 × 10^49)=5.915e20kg

e代表电子电量

基本电荷e=1.6021892×10^-19库仑

我手机计算器算不出来了,你们算吧。


军机处留级大学士


假的,我们可以大致推算一下,原子是有质子,中子,电子组成,质子的质量是远大于电子的质量的,大约是电子质量的1836.5倍,质子和中子质量差不多,原子中一般质子,中子,电子数量一致,例如碳,6个质子,6个中子,6个电子,其他同位素含量少,不考虑。所以地球上的电子就是原子质量的3674分之1,地球质量是5.965×10^24kg,那么电子质量大约就是1.62357104×10^21kg。


sweetdream13374406


不知题主指的那个世界。但通常的世界(world)是指地球。完整的地球体系,若不涉及月球,地球系≈地球本体+地球大气层+地球辐射带+地球引力场。下面我们来分别计算一下。

地球本体所含电子的质量

地球本体是密度为5.5克/厘米³的天体。根据万有引力定律估算的地球质量M=6×10²⁴千克。可以认为,这几乎是地球所含核子的总质量。

大家知道,作为实体质量,地球的质量由所含原子的质量构成,原子质量≈核外电子质量+原子核质量,原子核质量≈质子质量+中子质量。

由于地球所含原子,考虑同位素在内,有上千种,很难界定有多少核外电子。这就难了。

不过,我们可以将核子的内部结构做奥卡姆剃刀处理。以下处理鲜为人知,您且做参考吧。

粒子物理学用电子伏特/光速平方(eV/c²)表示粒子质量,简写为电子伏特(eV),常用兆电子伏特(MeV),本简写为兆(M)作为默省单位。

根据现有粒子物理学的观点:质子(938M)=夸克环(9.6M)+繆核(105.7M)+胶子(0M)。

我们发现,质子分解后质量严重亏损,夸克也不可能独立存在,胶子无质量也是理论假设。

事实上,质子含正电荷,可以把夸克环合并为一个正电子(e⁺=0.511M),缪子与胶子可以看成高密度场介质,合并为繆核玻色子(μ⁻),质量是电子的1835倍。

▲理论模型:宇宙中的质子究竟长啥样?

为了保证质量守恒定律在微观世界同样成立,笔者与读者有以下符号与关系的六个约定:

①电子质量:m₀=0.911×10⁻³¹kg=0.511M

②质子(1836m₀)=核内电子(e⁺)+繆核(1835m₀)

③中子(1840m₀)=核内电子(e⁻e⁺,2m₀)+繆核

④核子的平均质量:m⁰≈1838m₀

由于核外电子数=质子数,所以,

⑤原子所含电子总数=核子总数(n)×2。

⑥核子总数(n)=实体质量(M)÷核子质量(m⁰)

例如,氦原子电子宗数=4×2,氧原子的电子数=16×2=32。2千克白菜电子总数如下估算:

白菜核子总数(n)=白菜质量(M)÷核子质量(m⁰)

=2÷1838m₀=2÷(1838×9.11×10⁻³¹)≈1.2×10²⁷

白菜电子总数=2n=2.4×10²⁷(个)

白菜电子总质量=2nm₀

≈2.19×10⁻³千克=2.19克,

可见,电子质量在实体质量的占比为:

2.19克÷2千克≈0.11%。

地球电子总质量占比与白菜一样,地球的电子总质量=地球质量×0.11%=6.6×10²¹千克。



地球大气层的电子总质量

不妨假定:地球附近10千米范围空气的平均密度为1.20千克/米³,不难计算这个范围的空气总质量,进而可求电子总质量。

当然,我们也可以找到地球800千米范围空气的平均密度,这个有点复杂,不在话下。

地球辐射带的电子总质量

地球辐射带,包括离地约1万千米的内带与离地约3万千米的外带,成份是低温等离子体,主要包括自由电子与自由质子。我们也可以设法计算内带与外带的平均密度,进而求得电子的总个数与总质量。不在话下。



地球引力场的质量与电子无关

笔者认为,根据万有引力定律,地球引力场空间范围的质量,即所谓的引力质量,应当等于地球本体的惯性质量。

由此可以计算地球的引力场半径。但通常我们只考虑地球引力场在地日二体问题涉及的五个拉格朗日平衡点的有效半径,在此提及主要考虑问题逻辑的周延性,不在话下。

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物理新视野


绝对不止。实际上质子和电子的质量在网上查的到的,你自己算一下就好,问别人都是在搞鬼的。我也懒得为你去查,尽管花不了半分钟。


陈泽未589


直接答案:当然不是。经过计算世界上电子的质量为1.624×10^21千克,即百亿亿吨的级别,下面有详细计算过程。

虽然物质可以分为暗物质、普通物质等,但是我们用肉眼看到的绝大多数的物质都是由原子组成的,这些原子可能直接组成物质,也可能构成分子,再由分子组成物质。原子可以直接组成单质,如纯净的氧气,氮气等,可以组成化合物,可以是纯净物,也可以是混合物,所有的单质和化合物都是纯净物,世界上绝大部分物质是混合物,如空气、饮用水、土壤等等。

这个问题通过以下估计就知道答案是否正确:

原子是呈电中性,原子由核外电子和原子核构成,原子核是由中子和质子构成,也就数原子是由电子、中子、质子构成的。

电子围绕原子核做圆周运动,原子呈电中性,即电子数量与质子的数量是相等的,电子的质量等于质子质量的1/1836,中子的质量和质子质量相当。

那么如果知道了原子核中中子和质子的比例,就可以求出电子数量和中子的比例大概是多少。

如上图所示是中质比曲线图,从上图可以得出这样的结论:

1、在原子序数28以下时,中子数和质子数比例接近1:1;

2、随着原子序数(质子数)的增加,中子数量逐渐超过质子数,这是因为原子序数越大,质子间斥力就越大,原子结构越不稳定,这时需要更多的中子来稳定原子结构。

地球上含量最丰富的元素排前六的是:铁、氧、硅、镁、硫、镍,这些元素占了地球上元素的96%,而且这些元素的原子序数全都是排在前28位。

也就是地球上整体来看,中子和质子比稍大于一,但接近于1.

即,假设,整个地球上质子的质量占1836份,中子的质量大约也是1836份(实际上比这个稍微大),那么电子的质量就是1份。

地球总质量是5.965*10^24千克,电子的质量就为5.965*10^24×1/(2×1836+1)=1.624×10^21千克,这个质量一点也不小,百亿亿吨的级别。

今天的科普就到这里了,更多科普欢迎关注本号!


核先生科普


这个没称过,不评论


用户1446611150192446


我记得原子里面只有一种粒子拥有质量,其他都没质量。也就是说电子不带质量,因此全世界的电子加起来也应该没有质量。不知道这样理解对不对。


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