¿Por qué los electrones libres no caen de los metales si se agitan?

Esta es una pregunta que nos hicieron en una conferencia de física.

Si lo sacudes lo suficientemente fuerte...
@sridhara Imagine que la función de trabajo es solo 1ev, a partir de un cálculo simple puede ver que necesita agitar a una velocidad de 6 * 10 ^ 5 m / s
No son tan libres : D Todavía tienen un estado de energía más bajo cuando están "en" el metal, por lo que, como mínimo, debe poder darles suficiente energía para compensar la energía potencial que tienen en el campo EM de su barrio. Dado que la fuerza electromagnética es bastante fuerte, esto resulta en una cantidad de trabajo bastante no trivial para todos los electrones. Y, por supuesto, el metal tendería a atraer electrones desde lejos, ya que sería bastante positivo, restaurando el equilibrio rápidamente (piense en la electricidad estática).
Espero que incluso una vez que un electrón se separe de una pieza de metal, no sea particularmente probable que "caiga", per se, dado lo pequeña que es la fuerza de gravedad sobre un electrón.
@buzhidao: ¿Qué quieres decir con "agitar a una velocidad" jaja... no debería ser la velocidad una aceleración en su lugar?

Respuestas (2)

Porque la fuerza eléctrica sobre un electrón es alrededor de 10^39 veces la de la gravedad. Dada la equivalencia entre las fuerzas gravitacionales y de aceleración, tendrías que sacudirlo bastante fuerte. Antes de llegar al punto en el que un electrón se desprendería, todo el material se desintegraría y todo tipo de otros fenómenos tendrían prioridad sobre la búsqueda de esos electrones de repuesto.

Porque hay una barrera de energía entre el metal y el vacío. Considere los iones en el metal como una carga positiva uniformemente distribuida. Cerca de la superficie del metal, la función de onda del electrón libre se extiende un poco en el vacío, por lo que cerca de la superficie del metal se forma el dipolo eléctrico con el campo eléctrico apuntando al vacío. Así se formará una barrera de potencial gradual.

También piense clásicamente, cuando un electrón se acerca a la superficie del metal, crea una carga de imagen positiva, que atrae el electrón de regreso al metal.

Finalmente, de lo que estamos hablando se llama función trabajo.

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