自由電子碰撞

自由電子碰撞是金屬導體中的自由電荷。

基本介紹

• 中文名：自由電子碰撞
• 外文名：Free electron collision

碰撞

“碰撞”在物理學中表現為兩粒子或物體間極短的相互作用。 碰撞前後參與物發生速度，動量或能量改變。由能量轉移的方式區分為彈性碰撞和非彈性碰撞。彈性碰撞是碰撞前後整個系統的動能不變的碰撞。彈性碰撞的必要條件是動能沒有轉成其他形式的能量（熱能、轉動能量），例如原子的碰撞。非彈性碰撞是碰撞後整個系統的部分動能轉換成至少其中一碰撞物的內能，使整個系統的動能無法守恆。 下面示例的碰撞原理的數學表述是由克里斯蒂安·惠更斯在1651年到1655年間提出的。

過程分類

通過作用在兩個碰撞物接觸點的切線稱為“撞擊線”。通過撞擊線的接觸點構成兩個碰撞物的總切面，稱作“接觸面”。

設兩個物體的質量為 和 , 它們的初速度為 和 , 末速度為 和 . 碰撞瞬時總速度為 。

在“垂直碰撞”中，兩個碰撞物的重心在同一撞擊線上，在“斜碰撞”中則不然。當末速度向量隨撞擊線平行擺動，則稱為“正面撞擊”，否則稱為“非正面撞擊”。

碰撞後碰撞物能夠恢復碰撞前的形態稱為“彈性碰撞”，某些機械能沒有轉換為熱能並產生變形的碰撞，稱為“非彈性碰撞”，二者之間的情況則是“實際碰撞”。

在超彈性碰撞中內能轉換超過最少中一個碰撞物的動能。其動能在此次碰撞後大於其碰撞前的動能。數學表達同總述的非彈性碰撞，為 。

正面碰撞

下面將只針對正面撞擊進行闡述，預設碰撞物可以自由移動，兩個碰撞物的速度因子較撞擊線不變： , 因此碰撞力只能沿著撞擊線作用。碰撞物中心垂直於撞擊線，物體碰撞後不會發生旋轉運動。由此速度因子 和 (標量) 平行於撞擊線。

碰撞理論

碰撞理論研究的是粒子間的一種相互作用。力學理論基礎是動量守恆定律和能量守恆定律。粒子多種多樣使碰撞理論分為：原子的碰撞、電漿的碰撞等等。同屬於粒子間的相互作用的還有：輕原子核的聚合、正負電子的湮沒、荷電π介子的衰變、中子的beta衰變、核子N與π介子的相互作用、光子gamma與電子e-的散射等。

物理學和化學之中都涉及到粒子間的相互作用。每個物體的各自動能發生不連續變化的過程稱作物理碰撞，簡稱碰撞。例如，電子槍發射的高速電子與原子核外電子之間的相互作用。其中，軔致輻射應該是沒有發生碰撞的，所以動能變化是連續的。而，如果電子在原子核外電子電場力的作用下減速後，還具有充足的動能，就會把原子的內層電子碰撞出軌道。碰撞過程的每個電子的各自動能的變化是不連續的。有新物質生成的過程稱為化學反應，簡稱反應。例如，輕原子核（含氫H的同位素）的聚合生成氦He、質子p和中子n。物理化學研究的是二者兼有的相互作用。

粒子分裂

利用動量守恆和能量守恆定律可以得到一系列關於各種力學過程特性的結論。特別重要的是，這些性質完全不依賴於粒子間具體的相互作用形式。

粒子分裂研究的是粒子自動、沒有外力作用分裂成兩個組成部分的問題，分裂後兩個粒子獨立運動。

在粒子分裂前靜止的參考系中觀察這個過程是最簡單的。根據動量守恆定律，分裂後兩個粒子動量之和仍為零，即兩個粒子的動量大小 相等方向相反。動量的大小可以由能量守恆定律：

確定，其中 和 是兩個粒子的質量， 和 是兩個粒子的內能，而 是原來粒子的初始內能。用 表示分裂能，即：

能量為正時反應才可能發生。由此可以確定動量 的大小，兩個粒子的速度分別為：

粒子是足夠小的點，這樣的點又稱為質點。這樣總動量為零的參考系稱為質心參考系。如果反應前粒子以一定的速度相對此參考系運動，那么這個參考系稱作實驗室參考系。

術語解釋

自由電子碰撞：　金屬導體中的自由電荷。金屬原子的外層電子(價電子)脫離原子核束縛後而成為自由電子。各種金屬的自由電子密度有相同的數量級。n型半導體中的多數載流子是自由電子發生碰撞

電子

電子是一種基本粒子，目前無法再分解為更小的物質。其直徑是質子的0.001倍，重量為質子的1/1836。電子圍繞原子的核做高速運動。電子通常排列在各個能量層上。當原子互相結合成為分子時，在最外層的電子便會由一原子移至另一原子或成為彼此共享的電子。
這是由愛爾蘭物理學家喬治·丁·斯通尼於1891年根據電的electric+-on“子”造的字
電子屬於亞原子粒子中的輕子類。輕子被認為是構成物質的基本粒子之一，即其無法被分解為更小的粒子。它帶有1/2自旋，即又是一種費米子（按照費米—狄拉克統計）。電子所帶電荷為e=1.6×10的-19次方庫侖，質量為9.10×10-31kg(0.51MeV/c2)。通常被表示為e-。電子的反粒子是正電子，它帶有與電子相同的質量，自旋和等量的正電荷。
物質的基本構成單位——原子是由電子、中子和質子三者共同組成。相對於中子和質子組成的原子核，電子的質量極小。質子的質量大約是電子的1840倍。

特徵

1.電子是在原子核外距核由近及遠、能量由低至高的不同電子層上分層排布；　2.每層最多容納的電子數為n的平方的二倍個(n代表電子層數)；　3.最外層電子數不超過8個(第一層不超過2個)，次外層不超過18個，倒數第三層不超過32個。　4．電子一般總是儘先排在能量最低的電子層里，即先排第一層，當第一層排滿後，再排第二層，第二層排滿後，再排第三層。　電子在原子核外空間一定範圍內出現，可以想像為一團帶負電的雲霧籠罩在原子核周圍，所以，人們形象地把它叫做“電子云”。