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。
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`(本文图片来自网络,侵删!)



