世界上的電子總質量真的只有幾十克嗎?

夜丶未明


直接答案:當然不是。經過計算世界上電子的質量為1.624×10^21千克,即百億億噸的級別,下面有詳細計算過程。

雖然物質可以分為暗物質、普通物質等,但是我們用肉眼看到的絕大多數的物質都是由原子組成的,這些原子可能直接組成物質,也可能構成分子,再由分子組成物質。原子可以直接組成單質,如純淨的氧氣,氮氣等,可以組成化合物,可以是純淨物,也可以是混合物,所有的單質和化合物都是純淨物,世界上絕大部分物質是混合物,如空氣、飲用水、土壤等等。

這個問題通過以下估計就知道答案是否正確:

原子是呈電中性,原子由核外電子和原子核構成,原子核是由中子和質子構成,也就數原子是由電子、中子、質子構成的。

電子圍繞原子核做圓周運動,原子呈電中性,即電子數量與質子的數量是相等的,電子的質量等於質子質量的1/1836,中子的質量和質子質量相當。

那麼如果知道了原子核中中子和質子的比例,就可以求出電子數量和中子的比例大概是多少。

如上圖所示是中質比曲線圖,從上圖可以得出這樣的結論:

1、在原子序數28以下時,中子數和質子數比例接近1:1;

2、隨著原子序數(質子數)的增加,中子數量逐漸超過質子數,這是因為原子序數越大,質子間斥力就越大,原子結構越不穩定,這時需要更多的中子來穩定原子結構。

地球上含量最豐富的元素排前六的是:鐵、氧、硅、鎂、硫、鎳,這些元素佔了地球上元素的96%,而且這些元素的原子序數全都是排在前28位。

也就是地球上整體來看,中子和質子比稍大於一,但接近於1.

即,假設,整個地球上質子的質量佔1836份,中子的質量大約也是1836份(實際上比這個稍微大),那麼電子的質量就是1份。

地球總質量是5.965*10^24千克,電子的質量就為5.965*10^24×1/(2×1836+1)=1.624×10^21千克,這個質量一點也不小,百億億噸的級別。

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核先生科普


幾十克?太少了吧?我們來算算就知道了——不算不知道,一算嚇一跳!


1克電子是多少個?

一個電子的質量為 9.11×10^-28g。

因此,1克純電子構成的物質包含1.098×10^27個電子。


地球總共有多少個電子?

估算地球總電子數最巧妙的方法是計算地球上的質子總數,因為電中性物體的電子總數等於質子總數。地球基本上算是電中性的物體,而且是巨大的物體,雖然每時每刻有無數的帶電粒子轟擊地球,但造成的痕量電荷可以忽略。

上圖:電中性的原子,質子數和電子數相等。


構成地球的主要元素是鐵(35%),氧(30%),硅(15%)和鎂(13%)。平均而言,這些元素的質子質量約佔總質量的49%,原子質量的其他51%由中子組成,但中子不帶電荷。上述這些元素佔到地球的93%,剩下7%,時元素週期表中的其餘元素,大致也具有相似的質子-中子比,除了氫的最主要的同位素氕以外,但氕對地球質量的貢獻可忽略不計。

上圖:所有化學元素及同位素的質子中子數散點圖,途中斜線是質子中子比為1:1的界線(Z=質子,N=中子),可以看出,質子中子比略微偏離1:1的比例,隨著原子序數上升,中子數比例略微偏高。


質子和中子的質量大致相同,因此將地球質量乘以0.49即可得出所有質子的總質量。在此計算中,您完全可以忽略電子本身的質量,因為它們的質量太小了,小於質子質量的1/1840。


地球總重5.97×10^24千克。將此乘以0.49,便得到2.93×10^24千克(質子總重),再將其除以單個質子的質量1.67×10^-27千克,可以算出地球上總共大約有1.75×10^51個質子,那麼電子數量應該與此相同。


計算地球電子總重

將電子總數1.75 x 10^51個除以每克電子數量1.098×10^27=‭1.5938069216757741347905282331512‬×10^21千克。實際上電子總質量只會比質子總質量少三個數量級(3個0)左右。因為前面說了,電子的質量小於質子質量的1/1840,因此只有大約三個數量級的差別。

上圖:電子的質量大概是質子或中子質量的1840分之一。


結論

我們計算了,但因為質子質量與電子質量只有三個數量級的差異,因此既然地球質子總質量高達2.93×10^24千克,那麼電子的質量大約就是在10的21次方千克這個級別,因此題主的說法是錯誤的。


小宇堂


假的,全世界的電子總質量不可能只有幾十克。雖然單個電子質量只有9.11×10^-31千克,但電子總數量非常多,所以電子總質量也會很高。如果地球的電子總質量只有幾十克,由於質子的質量是電子的一千多倍,那麼,地球的質子總質量就只有幾十千克(假定地球是電中性),而中子的質量也差不多隻有幾十千克,這就意味著地球的總質量才百來千克,這與地球質量將近6億億億千克的事實不符。

下面,簡單來估算一下地球上的電子質量之和。

雖然由於太陽風的作用,地球被電離了,但地球的電離度非常低,只有一千億億億分之一(10^-27),故可以認為地球大致呈現為電中性。物質的組成一般包括三種粒子——質子、中子和電子,其中質子帶一個正電荷,中子不帶電,電子帶一個負電荷。因此,對於大致呈現電中性的地球來說,質子數和電子數大致相等。

雖然單個質子、中子和電子的質量都是已知的,為了算出電子的總質量,還需要知道地球的質子和中子之比。

從質量佔比來說,整個地球質量的32.1%為鐵,30.1%為氧,15.1%為硅,13.9%為鎂,2.9%為硫,1.8%為鎳,1.5%為鈣,1.4%為鋁,另外1.4%為其他元素。對於原子序數較高的元素,其中子數都要多於質子數。而對於原子序數較低的元素,質子數和中子數基本上相等。由於地球的元素組成都是原子序數較低的元素,所以可以認為質子數、中子數和電子數都是相等的。

單個質子的質量和中子的質量幾乎是相等的,而單個質子的質量是單個電子質量的1836倍。由此可以算出電子總質量佔地球質量的0.0272%(1/(2×1836+1)),所以電子的總質量為1.63×10^21千克,即163億億噸。

因此,全世界的電子加起來只有幾十克的說法是錯誤的。事實上,這裡的幾十克指的是構成互聯網的所有運動電子的質量。

根據哈佛大學的物理學家Russell Seitz估計,互聯網中可能有7500萬至1億臺服務器,每臺服務器的功率在350至550瓦之間,所以總功率大約為400億瓦。由於硅邏輯以大約3伏的電壓運行,並且1安培大約是每秒10^18個電子,如果芯片的平均運行速度為10億赫茲,通過計算可得,互聯網是由大約50克的運動電子組成。如果再算上個人電腦,這個數據還要變大3倍。

不過,這項估計是在2006年做出的,現在已經十幾年過去了,互聯網的數據量早已大幅度增加。按照現在的水平,互聯網中的運動電子質量可能已經有幾百千克了。


火星一號


電子是我們熟知的一種構成物質的基本粒子,在大家的印象中,電子是質量很小的粒子,它圍繞著原子核運動構成了世間萬物。但我們很少去深入的瞭解它,比如說電子的質量到底有多小呢?地球上所有的電子加起來會有多大的質量呢?今天我們就來講一講。

電子的質量小到什麼程度,我們可以從粒子加速器的實驗來講,科學家是一群很“殘忍”的傢伙,他們將基本粒子在粒子加速器里加速到能達到的極限,然後讓它們高速碰撞,最後在這些“車禍現場”探索微觀世界。電子做為基本粒子的一種,自然也逃不過科學家們的“毒手”。

通過實驗,電子在粒子加速器裡可以被加速到光速的99.998,這是一個非常了不起的速度了。之所以沒有達到光速,那是因為電子有質量原因,但電子能被加速到高達光速的99.998%,說明它的質量是微乎其微的了,其中道理很簡單,質量越大的物體越難被加速。

很顯然這個“微乎其微”的質量是不可能用秤來稱出來的,對此科學家會用一些特殊的方法。這裡先科普一個名詞:“荷質比 (specific charge)”,“荷質比”即帶電體的電荷量與其質量的比值,每一種帶電粒子都有一個固定的“荷質比”,它是可以從實驗中測量出來的,電子也不例外。上世紀初,英國物理學家約瑟夫.約翰.湯姆遜(Joseph John Thomson)通過磁場和靜電的偏轉力相抵消的方法,精確的測出了電子的“荷質比”e/me=1.758×10^11C/kg,並因此獲得了諾貝爾物理獎。

有了“荷質比”的數據,只需要再知道單個電子的電荷量就可以計算出電子的質量了,這也是一個巨大的難題。為此科學家們付出了很多的精力,1909年美國芝加哥大學物理學家羅伯特.安德魯.密立根(Robert Andrews Millikan)通過著名的“密立根油滴實驗 ”,測得了單個電子的電荷量數值,即基本電荷e=1.602176565(35) ×10^-19庫侖。隨便提一下,他也因此獲得到諾貝爾物理獎。

知道了這兩個參數的具體數據,我們就可以輕易的計算出單個電子的質量為:9.10956 × 10^-31kg。

現在我們可以來看一看整個地球有多少個電子了,由於時間關係,我們不可能數出地球上總共有多少個電子,因此在這裡只能用大體上的統計數據了,其中會有不小的偏差,大家也不要過於追究。

根據相關數據,整個地球的質量為5.965 X 10^24kg,而地球的平均密度大約是鐵的一半,鐵原子的質量我們是清楚的,為9.288 × 10^-26kg,根據這兩個數據,我們可以粗略的統計出地球上的原子數為(5.965 X 10^24/9.288×10^-26)×2 = 1.2845 X 10^50個,為了計算方便,我們再粗略的將每個原子所包含的電子數平均為10個,並計算得出整個地球有1.2845 X 10^51個電子。

最後,我們做一個簡單的乘法,把電子的總數與單個電子的質量相乘,於是得出了整個地球的電子總質量為1.17 X 10^21kg,換成直觀點的說法,地球上電子的總質量為117億億噸!雖然這是一個近似的數字,可能與實際測量相差甚遠,但從這個計算結果也可以清楚的看到,整個地球所有電子的總質量是一個相當大的數字,與題主所說的“全世界的電子加起來只有幾十克”天差地遠!


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魅力科學君



重量,W =質量乘以重力加速度

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,當M(e)= 9.1×10^-31千克時,在地球上,w(e)= 9.1×10^-31×9.8千克m/s^2,但條件是電子靜止,即沒有相對論效應作為m(e),這裡是電子的靜止質量。

這意味著計算後W(e) /= 0。因此,電子在地球和任何其他有重力加速度的地方都有重量。



電子有質量,它重9.1 × 10^-31公斤。宏觀上可以忽略不計的值。但是如果我們把它和光子相比較,這是非常重要的,因為光子是沒有質量的。

根據經典力學,現在重量是“毫克”。

因此,一個電子的重量= 9.1 e -31 * 9.8牛頓。

可以意識到宏觀水平上施加在電子上的力可以忽略不計。

電子確實有重量,但是在日常生活中它可以忽略不計。



與其他粒子相比,電子的質量較小。例如,中微子可能是攜帶較少質量的粒子。

非零電子質量不僅得到實驗驗證,這也是直覺上已知的,因為電子不以光速運動。

無質量粒子必須以光速運動。

所以電子有質量,也就是說,靜止時,它的質量為9.10938291 × 10^-31公斤。



所以,在重力加速度的影響下,它也有分量。

重量取決於電子的質量、吸引電子的物體的質量(通過引力,而不是電荷),以及電子和吸引物體之間的距離。

如果一個電子相對於觀察者移動得非常快,在觀察者看來,它的質量比靜止時要大。

現在估算一下地球有多少原子。

如果地球的平均克分子量為65克= 0.065千克,地球的質量為6.0 × 10 ^24千克

得到摩爾數= 6 × 10 ^ 24 / 0.065 = 10 ^ 26

1摩爾含有6.023 × 10^23原子和65 × N電子

因此,電子數大約為65 × 10^49。

地球電子總質量=電子質量×地球電子個數=(9.1 × 10^-31)×(65 × 10^49)=5.915e20kg

e代表電子電量

基本電荷e=1.6021892×10^-19庫侖

我手機計算器算不出來了,你們算吧。


軍機處留級大學士


假的,我們可以大致推算一下,原子是有質子,中子,電子組成,質子的質量是遠大於電子的質量的,大約是電子質量的1836.5倍,質子和中子質量差不多,原子中一般質子,中子,電子數量一致,例如碳,6個質子,6箇中子,6個電子,其他同位素含量少,不考慮。所以地球上的電子就是原子質量的3674分之1,地球質量是5.965×10^24kg,那麼電子質量大約就是1.62357104×10^21kg。


sweetdream13374406


不知題主指的那個世界。但通常的世界(world)是指地球。完整的地球體系,若不涉及月球,地球系≈地球本體+地球大氣層+地球輻射帶+地球引力場。下面我們來分別計算一下。

地球本體所含電子的質量

地球本體是密度為5.5克/釐米³的天體。根據萬有引力定律估算的地球質量M=6×10²⁴千克。可以認為,這幾乎是地球所含核子的總質量。

大家知道,作為實體質量,地球的質量由所含原子的質量構成,原子質量≈核外電子質量+原子核質量,原子核質量≈質子質量+中子質量。

由於地球所含原子,考慮同位素在內,有上千種,很難界定有多少核外電子。這就難了。

不過,我們可以將核子的內部結構做奧卡姆剃刀處理。以下處理鮮為人知,您且做參考吧。

粒子物理學用電子伏特/光速平方(eV/c²)表示粒子質量,簡寫為電子伏特(eV),常用兆電子伏特(MeV),本簡寫為兆(M)作為默省單位。

根據現有粒子物理學的觀點:質子(938M)=夸克環(9.6M)+繆核(105.7M)+膠子(0M)。

我們發現,質子分解後質量嚴重虧損,夸克也不可能獨立存在,膠子無質量也是理論假設。

事實上,質子含正電荷,可以把夸克環合併為一個正電子(e⁺=0.511M),繆子與膠子可以看成高密度場介質,合併為繆核玻色子(μ⁻),質量是電子的1835倍。

▲理論模型:宇宙中的質子究竟長啥樣?

為了保證質量守恆定律在微觀世界同樣成立,筆者與讀者有以下符號與關係的六個約定:

①電子質量:m₀=0.911×10⁻³¹kg=0.511M

②質子(1836m₀)=核內電子(e⁺)+繆核(1835m₀)

③中子(1840m₀)=核內電子(e⁻e⁺,2m₀)+繆核

④核子的平均質量:m⁰≈1838m₀

由於核外電子數=質子數,所以,

⑤原子所含電子總數=核子總數(n)×2。

⑥核子總數(n)=實體質量(M)÷核子質量(m⁰)

例如,氦原子電子宗數=4×2,氧原子的電子數=16×2=32。2千克白菜電子總數如下估算:

白菜核子總數(n)=白菜質量(M)÷核子質量(m⁰)

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

白菜電子總數=2n=2.4×10²⁷(個)

白菜電子總質量=2nm₀

≈2.19×10⁻³千克=2.19克,

可見,電子質量在實體質量的佔比為:

2.19克÷2千克≈0.11%。

地球電子總質量佔比與白菜一樣,地球的電子總質量=地球質量×0.11%=6.6×10²¹千克。



地球大氣層的電子總質量

不妨假定:地球附近10千米範圍空氣的平均密度為1.20千克/米³,不難計算這個範圍的空氣總質量,進而可求電子總質量。

當然,我們也可以找到地球800千米範圍空氣的平均密度,這個有點複雜,不在話下。

地球輻射帶的電子總質量

地球輻射帶,包括離地約1萬千米的內帶與離地約3萬千米的外帶,成份是低溫等離子體,主要包括自由電子與自由質子。我們也可以設法計算內帶與外帶的平均密度,進而求得電子的總個數與總質量。不在話下。



地球引力場的質量與電子無關

筆者認為,根據萬有引力定律,地球引力場空間範圍的質量,即所謂的引力質量,應當等於地球本體的慣性質量。

由此可以計算地球的引力場半徑。但通常我們只考慮地球引力場在地日二體問題涉及的五個拉格朗日平衡點的有效半徑,在此提及主要考慮問題邏輯的周延性,不在話下。

Stop here。物理新視野與您共商物理前沿與中英雙語有關的疑難問題。


物理新視野


能計算出次玄機,絕非閒人


七章法之di


這個沒稱過,不評論


用戶1446611150192446


絕對不止。實際上質子和電子的質量在網上查的到的,你自己算一下就好,問別人都是在搞鬼的。我也懶得為你去查,儘管花不了半分鐘。


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