Почему избыточные электроны не могут покинуть металл.

[Serge!]

Добрый день!
Как известно, силы притяжения свободных электронов к положительным ионам решетки внутри проводника (в моём вопросе это металл) в среднем взаимно уравновешиваются. За пределы поверхности металла электронам мешает выйти действие сил притяжения со стороны положительных ионов решётки. Далее следует рассмотрение двойного слоя электрических зарядов на поверхности проводника, понятие работы выхода и т.д.
Итак вопрос:
Если проводник (например металлический шар) зарядить в вакууме отрицательным зарядом, т.е. передать ему избыточные электроны, которые по факту не связаны с положительными ионами решётки шара, почему они (избыточные электроны) не покидают металл совершенно свободно, улетая в вакуум? Ведь для них нет сдерживающего фактора в виде остающихся в решётке положительных ионов, так как эти переданные электроны избыточные, нескомпенсированные.

[amon]

Serge! в сообщении #1412128 писал(а):

Если проводник (например металлический шар) зарядить в вакууме отрицательным зарядом, т.е. передать ему избыточные электроны, которые по факту не связаны с положительными ионами решётки шара, почему они (избыточные электроны) не покидают металл совершенно свободно, улетая в вакуум?

По причинам, аналогичным тем, по которым существуют отрицательно заряженные ионы. Силы в системе электронов и ядер атомов не сводятся к чистой электростатике.

[Pavia]

Кто сказал что не вылетают? Вылетают, но тут же возвращаются. Вам бы хотя бы про электронный газ почитать.

Serge! в сообщении #1412128 писал(а):

которые по факту не связаны с положительными ионами решётки шара

Ошибаетесь они связаны Законом Кулона. И как верно тут заметили описывается это всё динамикой.

[arseniiv]

Pavia в сообщении #1412185 писал(а):

Вылетают, но тут же возвращаются.

Это отдельная история. В холодном куске металла, заряженном немножко отрицательно, они никуда не вылетают, по сравнению с электронной пушкой (обычно и горячей, и сделанной из специального материала).

[Pavia]

arseniiv
Пушка делают из Вольфрама, так что там тоже метал. Но у пушке есть сетка как в лампе которая создаёт разность потенциалов и разгоняет электрон. Так что это и правда отдельная история.

А речь я виду о том что при комнатной температуре свободные электроны выходят далеко за пределы кристаллической решётки. На ~5 мм по сравнению с ангстремами это ого-го как много. А потом они возвращаются под действием силы Кулона.

[amon]

Pavia в сообщении #1412233 писал(а):

А речь я виду о том что при комнатной температуре свободные электроны выходят далеко за пределы кристаллической решётки.

Ну, это Вы загнули. Для обычных металлов работа выхода составляет единицы электронвольт, комнатная температура - $3\cdot10^{-2} eV$. Концентрация электронов в металле - $10^{22} cm^{-3}$, значит концентрация электронов вне металла порядка $10^{22}e^{-100}\sim 10^{-22}cm^{-3}.$

[arseniiv]

О, вот я так и знал, что их даже не единицы.

Pavia в сообщении #1412233 писал(а):

Пушка делают из Вольфрама, так что там тоже метал.

Слышал, что любят (или любили) оксиды щелочноземельных металлов. Впрочем, для разных целей разное.

[Serge!]

Электронный газ - слышал. Однако не могу представить себе электронный газ вблизи моего отрицательно заряженного металлического шара который (газ) не стремился бы улетучиться прочь по причине влияния кулоновских сил отталкивания.

В физике всего четыре типа взаимодействия: электрическое, гравитационное, ядерные сильное и яд. слабое. Так какой силой избыточные электроны, видимо в виде как-бы плёнки из электронного газа, в моём примере удерживаются на поверхности металлического шара, хотя по логике кулоновских сил должны были бы разлететься? Если тут причина в электродинамических процессах, то каков хотя бы общий механизм их удержания. Поясните, пожалуйста.

[madschumacher]

Serge! в сообщении #1412266 писал(а):

Если тут причина в электродинамических процессах, то каков хотя бы общий механизм их удержания. Поясните, пожалуйста

Если про отрицательные ионы, Гуглите "обменное взаимодействие".

[Serge!]

Цитата:

Если про отрицательные ионы, Гуглите "обменное взаимодействие".

Нет. Речь не про отрицательные ионы, речь про отрицательно заряженный металлический шар в вакууме. Так что здравствуйте! Присоединяйтесь. На кону вопрос века.
PS
но я погуглю, конечно

[DimaM]

Serge! в сообщении #1412288 писал(а):

Речь не про отрицательные ионы, речь про отрицательно заряженный металлический шар в вакууме.

Так возьмите да посчитайте силы взаимодействия точечного заряда с одноименно заряженным металлическим шаром. Система изображений известно какая, все находится.
Когда получите выражение, посмотрите на знак этой силы при разных расстояниях от заряда до центра шара.

[madschumacher]

Serge! в сообщении #1412288 писал(а):

Нет. Речь не про отрицательные ионы, речь про отрицательно заряженный металлический шар в вакууме.

Одна фигня, если в вакууме.

Serge! в сообщении #1412288 писал(а):

На кону вопрос века.

Судя по Вашим сообщениям, века, по-видимому, железного.

[Emergency]

Pavia в сообщении #1412233 писал(а):

Но у пушке есть сетка как в лампе которая создаёт разность потенциалов и разгоняет электрон.

Это было так давно, что вы уже забыли, что разгоняет электроны потенциал анода, а на сетку подается отрицательное смещение (относительно катода), которое их тормозит (у целях управления).

[Serge!]

Цитата:

Так возьмите да посчитайте силы взаимодействия точечного заряда с одноименно заряженным металлическим шаром. Система изображений известно какая, все находится.
Когда получите выражение, посмотрите на знак этой силы при разных расстояниях от заряда до центра шара.

Э-ээ м-мм... What? :)

-- 27.08.2019, 14:56 --

Цитата:

Судя по Вашим сообщениям, века, по-видимому, железного

Абсолютно согласен! :)

-- 27.08.2019, 15:29 --

Вот что я (благодаря совету мудрейших) к данному моменту понял.
Электрическое взаимодействие реальных электронов, обладающих волновыми свойствами, не сводимо к обычному кулоновскому.
1.Удаленные друг от друга электроны (у которых волновые функции не перекрываются) взаимодействуют как классические распределенные заряды. Если области локализации перекрываются, появляется добавочное обменное взаимодействие.
2.Обменная энергия положительна при параллельных спинах электронов.
3.Обменная энергия отрицательна при антипараллельных спинах.
Следовательно, при сближении электронов, при взаимном перекрытии их волновых функций возникают добавочные силы сверх классических:
при параллельных спинах — отталкивание, при антипараллельных спинах — притяжение.
...
Исходя из такого рассмотрения становится понятным, что в моём примере в дело удержания избыточных электронов в околоатомных пределах вступают сторонние неэлектрические силы. Подскажите что это за силы? Слабые ядерные? Я прав?

[madschumacher]

Serge! в сообщении #1412314 писал(а):

Исходя из такого рассмотрения становится понятным, что в моём примере в дело удержания избыточных электронов в околоатомных пределах вступают сторонние неэлектрические силы.

Да, так, только эти силы - - это не настоящие силы, не фундаментальные. Это следствие того, электроны движутся по законам квантовой механики, и ключевое слово тут "движутся". Осознать это через классические аналогии не получится, ибо квантовые эффекты это. Но, естественно, напихать электронов больше некоторого предела не получится. В какой-то момент их станет слишком много, и избыток будет улететь нафиг.