No.1
- 回答日時:
それは調べ方の問題でしょう。
ポテンシャルだけでは意味が分からず、ポテンシャルエネルギーなら意味が通じます。
電子は電場の中ではクーロンポテンシャルエネルギーを持ちますが電場が無い場所、実際には他の電荷から充分離れた場所では電荷を持っていても自分自身の作る電場以外の影響を受けません。
No.2ベストアンサー
- 回答日時:
難しくいうと難しいので簡単に言います。
ポテンシャルエネルギーは、運動の法則でいうところの位置エネルギーのことです。(厳密にはちょっと違うらしいですが。)
電子の場合は、原子核のプラスの電荷の束縛(引力)を受けており、近いほど強い束縛を受けており、電子は自由に動くことができません。価電子帯などと呼ばれています。
この原子核による電界の強さ(あるいは電位)は距離によって変わり、そのその束縛する力も変わってきます。
すなわち、
F=-qE=-q^2/(4πεr^2)
という式で表されます。
この引力に逆らって、電子を位置rから無限遠点まで運ぶのに必要な仕事は、
W=∫Fdr=∫-q^2/(4πεr^2)dr 積分範囲r~∞
=W(∞)-q^2/(4πεr)
となり、これがポテンシャルエネルギーとなります。
ここで、ポテンシャルエネルギーは相対的な意味しか持たないため、基準はどこにおいてもよいので、無限遠点を基準にすると、W(∞)=0
W=-q^2/(4πεr)
となります。
ここで、自由電子は、原子核より充分遠く離れ、原子核の束縛を受けなくなる距離r=∞のときW=0、ポテンシャルエネルギーがゼロということになります。
※無限遠点を基準にしたので、結晶内の電子は、通常、負のポテンシャルエネルギーを持つことになります。
※無限遠点は、宇宙の彼方という意味ではなく、金属の結晶の外(真空中に飛び出る)という意味です。
※電子のエネルギーは、ポテンシャルエネルギー(負)と運動エネルギー(正)の和で表され、ポテンシャルエネルギーより運動エネルギーのほうが大きくなったとき、真空に飛び出すことができます。
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