电势能的增加量等于 因此 相互作用 电子与原子核外电子的相互作用。 [4] 相互作用一 一个高速电子向原子方向运动的过程中,如果距离r非常的小,原子的“自身能”将对电子产生影响。原子内部是电平衡的,而原子的质子与核外电子具有电荷量,因此将通过电场作用于高速电子。 此时,电子的电势能变化量不能完全由上式计算。因为相互作用情况下,电子也通过电场作用于核外电子。二者的相互作用如图所示: 高速电子在原子核外电子电场力的作用下,其速度将会减小。此时将会发射一种高频射线,称为“连续X射线”,这种辐射称为 “轫致辐射”。 相互作用二 如果电子在原子核外电子电场力的作用下减速后,还具有充足的动能,就会把原子的核外内层电子碰撞出轨道。如图所示: 在电场力的相互作用下,电子和原子核外电子都将偏离轨道,而留下一个“空位”。此时原子的外层电子会向内层的这个位置跃迁,并且发射出和能级间距能量相等的高频射线,称为“标识X射线”,或“特征X射线”。 原子序数大于(含)锂Li原子的元素,都具有2个或以上能级能够发生跃迁。跃迁发射的能量与原子序数有关,反映了原子的本质特征,可以通过测定发射的能量来对原子进行标识。 相互作用三 高速电子与原子核外电子的相互作用。 现在仔细分析一下高速电子与原子核外电子相互作用的具体过程。如图所示: 高速电子以速度v1向原子核方向运动,原子核外电子以线速度v2绕核高速旋转。原子核对核外电子具有向心力F2。相互作用过程中,高速电子对核外电子具有电场力F12,同时核外电子对高速电子具有电场力F21。 碰撞前: 首先由库仑定律和向心力方程,有碰撞前原子核质子正电场对核外电子的库伦力: 万有引力相比库伦力很小,因此可以忽略不计。 根据这两个方程,可以得到碰撞前原子核外电子的速度平方和半径的乘积: 因为测不准原理的关系,不能得到v2或r2,但可以求出 。电子质量和电子电荷都已被精确测量出来,因此这个值可以定量计算。 碰撞时: 在下一瞬间,电子向前位移 ,同时在F21作用下速度减小。而核外电子在F2作用下绕核旋转线位移 ,同时在F12作用下速度增加。电子的运动轨迹通常根据光速不变原理进行计算。 而这个过程前后的能量变化,则可以根据能量守恒定律得到。设核外电子为原点且为基准,那么碰撞时电子的动能Ek转化为(电子在核外电子形成的电场中的)电势能Ep和连续X射线能Ex1: 碰撞后: 根据