¿Es posible disminuir la velocidad de un electrón y convertir su energía cinética en otra forma de energía?

¡Seguro! Pasa todo el tiempo. Es bastante fácil hacer un haz de electrones usando campos eléctricos y magnéticos para arrastrar electrones fuera de los metales y acelerarlos. Esencialmente, cada estudiante de física de pregrado ha visto y / o jugado con tales haces de electrones. (Busque “tubo de rayos catódicos”. El televisor original utilizaba haces de electrones para producir sus imágenes.) Los haces de electrones ahora se utilizan para muchos fines, incluidos los microscopios electrónicos. (Busque algunas de sus imágenes en Internet. ¡Son increíbles!) Y se utilizan haces de electrones de muy alta energía para estudiar la naturaleza básica de la materia.

Cuando los haces de electrones de baja energía (como en un microscopio electrónico) se estrellan contra la materia, su energía cinética se convierte en corrientes eléctricas y energía térmica (calentando cosas). En los haces de electrones de alta energía (como en los aceleradores de Cornell y Stanford), tienen suficiente energía para cambiar su energía cinética a masa y producir más electrones (junto con positrones para conservar la carga) y mesones e incluso protones y antiprotones.

Pero creo que te refieres a una pregunta más específica, a saber: “Los electrones en los átomos se mueven muy rápido. ¿Podemos capturar esa energía de alguna manera y convertirla en otra forma? ”Si eso era lo que querías decir, la respuesta es no. El comportamiento de los electrones en los átomos no se parece mucho al de los objetos que vemos todos los días. Los electrones son muy ondulados (y tienen forma de partículas al mismo tiempo, bueno, eso es extraño, pero interesante). Esto significa que sus ondas tienen que “ajustarse” alrededor del átomo, lo que significa que no puede ralentizarlas y extraer la energía del estado de reposo (tierra) de un átomo. Mucho de lo que sucede en la electrónica moderna es que la energía se intercambia con electrones en los átomos en una variedad de formas que producen efectos importantes, como la conmutación de transistores que hacen posible las computadoras o los rayos láser.

Por lo tanto, intercambiamos varias formas de energía con energías cinéticas de electrones todo el tiempo en la tecnología moderna, pero no podemos drenar la energía cinética de los electrones en los átomos.

Esto es ciertamente posible, y de hecho lo hacemos todo el tiempo. Así es como funciona una bombilla incandescente. Aplicamos un voltaje eléctrico a través de un cable hecho de una sustancia como el tungsteno. El voltaje eléctrico acelera algunos de los electrones libres en el tungsteno, dándoles energía cinética. Estos electrones se convierten en átomos de tungsteno, convirtiendo su energía cinética en vibración atómica, es decir, calor. El alambre de tungsteno se calienta a una temperatura a la que comienza a brillar. En otras palabras, la vibración atómica, que originalmente se produjo a partir de la energía cinética de los electrones, hace que los átomos emitan luz.

Voilá! La energía cinética de los electrones se ha convertido en otra forma de energía, a saber, la luz.

Un calentador eléctrico funciona de la misma manera, solo el cable utilizado en ese caso está optimizado para producir un poco de luz y mucho calor, en lugar de un poco de calor y mucha luz.

Editar: Si, en cambio, está preguntando acerca de la energía cinética de los electrones en los átomos, entonces está malinterpretando la naturaleza de los átomos. Un electrón en un átomo está, en la mayoría de las condiciones, en el nivel de energía más bajo posible permitido por las leyes de la física. No hay energía que pueda extraerse de ella, bajo ninguna circunstancia, por ningún medio.

¡Los electrones viajan a todas las velocidades por debajo de la velocidad de la luz, que es de aproximadamente 300,000 km / seg! En un acelerador de electrones, generalmente se aceleran hasta que viajan solo un pelo por debajo de la velocidad de la luz, con sus velocidades medidas en energía cinética en lugar de m / seg. Luego se almacenan hasta que se necesitan para una colisión con un objetivo, o más a menudo, un grupo de positrones que viajan en la dirección opuesta.

¿Es posible convertir la energía cinética en otra cosa? ¡Seguro! Emiten fotones cuando se ven obligados a cambiar de dirección cuando pasan a través de campos magnéticos (radiación sincrotrón). También cambian la velocidad cuando atraviesan un campo eléctrico, cambiando efectivamente su energía potencial. Aún más interesante es que pueden chocar con sus antipartículas (positrones) para aniquilar y crear fotones (y más).

Los electrones incluso cambian un poco su energía cinética durante las reacciones químicas a medida que se unen más o menos fuertemente a una molécula. Y se aceleran o ralentizan a medida que viajan a través de los circuitos en las computadoras.

Los electrones libres pueden viajar a cualquier velocidad menor que la velocidad de la luz, dependiendo de la cantidad de energía cinética que tengan. Cuando las partículas cargadas se aceleran o desaceleran, emiten radiación electromagnética. La energía de esta radiación proviene de la energía cinética del electrón.

Además, cuando los electrones están involucrados en colisiones, su energía cinética se puede convertir en energía cinética de otras partículas y en otras formas, como el calor, si la colisión es inelástica.

Toma un cable, caliéntalo. Emitirá algunos “electrones térmicos”. Acelera estos utilizando campo eléctrico. golpearlos en el ánodo (electrodo positivo). se desacelerarán rápidamente emitiendo fotones (esto se llama Bremsstrahlung). Elija el voltaje de aceleración y el material del ánodo adecuadamente, y tiene un tubo de rayos X.

Ajuste el voltaje de aceleración de manera diferente, agregue electroimanes para desviar los electrones y apunte a una superficie de vidrio recubierta de fósforo del tubo. Tiene un tubo de rayos catódicos (bremsstrahlung es aquí un efecto secundario no deseado, pero es fácilmente absorbido por un cristal de pantalla grueso).

Etc.

¿Dónde encontraste que 2,200 km / s? ¿Eso se refiere a electrones en sus orbitales dentro del átomo? Como otros dijeron, en realidad no orbitan el núcleo; El átomo no es un sistema solar en miniatura. Y no, no podemos usar esa energía; uno tiene que invertir energía (como el calor en el primer ejemplo) para “liberar” electrones de los átomos (es decir, ionizar átomos).

Esta es la segunda pregunta que ha hecho en estas líneas.

Los electrones pueden moverse a cualquier velocidad, no solo 2200 m / s, cualquier velocidad menor que [matemática] c [/ matemática] la velocidad de la luz que es.

La respuesta es sí.

Si. Es posible. En un campo eléctrico, los electrones sienten la fuerza de Lorentz.

[matemática] F = qE + qv \ veces B. [/ matemática]

con

[matemáticas] B = 0. [/ matemáticas]

Si el movimiento de los electrones está en la dirección del campo, entonces disminuirán su velocidad, ya que tienen carga negativa.

Emitirán radiación como lo hacen.

Es extremadamente fácil acelerar y desacelerar electrones.

No sé por qué imaginas que es difícil.

No lo es

Los electrones pueden incluso detenerse utilizando una disposición adecuada de campos eléctricos.

Algunos electrones se mueven a una velocidad de 2.200 km / s. (No tengo idea de dónde sacaste ese número, por cierto).

La energía cinética de un electrón ciertamente puede transformarse en otras formas de energía. Podría, por ejemplo, construir un motor térmico que convierta la energía cinética de una caja de electrones en trabajo mecánico. No es que eso sea algo práctico, por supuesto.

¿Cuál es la pregunta real que estás tratando de hacer?

Si quiere decir dentro de un átomo, los electrones no se mueven realmente, están en un estado con energía cinética en la nube de probabilidad pero no exactamente en movimiento (no es una mecánica cuántica loca).

Los electrones que se mueven libremente pueden detenerse o disminuir su velocidad y emiten radiación electromagnética, es decir, rayos X. Ese es el mecanismo por el que creamos rayos X (tanto para imágenes como para tratamiento) en un hospital todos los días.

Espero eso ayude.

¿Es posible disminuir la velocidad de un electrón y convertir su energía cinética en otra forma de energía?

Al disminuir la velocidad de un electrón, tuvo que actuar una fuerza desequilibrada y, por lo tanto, la energía experimentó una transición de fase que resultó en calor y producción proporcional de un aumento muy pequeño y temporal en el campo magnético del electrón.

Claro, arregle dos placas paralelas con una con un agujero. Muele la placa con un agujero. Inyecte sus electrones energéticos en el orificio y recoja la carga en la placa detrás. Si carga la placa detrás con un potencial ligeramente menor que la energía de su haz de electrones (negativo), extraerá la potencia máxima. No hay muchos usos para esta tecnología, ya que está perdiendo energía en cada paso del proceso de conversión de energía. Tal vez para una energía de fusión para convertidor eléctrico directo?

Este es un electrón que pierde energía a un campo magnético y se mueve en espiral hacia adentro debido a la disminución de ke (foto de la cámara de burbujas)