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电子的质量到底有多小？地球上全部电子的总质量有多大？

爱侃娱乐圈发布于 12天前

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       提到电子，相信大家都不陌生，毕竟我们都知道，构成世间万物的原子，其实就是由原子核和电子构成。那么，电子的质量到底有多小？地球上全部电子的总质量又有多大呢？下面我们就来讨论一下这两个问题。

       对于我们人类来讲，原子的质量已经是非常小的概念了，而原子内部的电子，其质量更是小得离谱，尽管如此，科学家仍然通过巧妙的方法计算出了电子的质量，怎么做到的呢？
       首先我们需要知道“荷质比”这个概念，简而言之，所谓“荷质比”其实就是带电粒子的电荷量与质量的比值，对于电子而言，它们的“荷质比”是一个固定的数值，这可以通过实验得到的数据来进行计算。

       其原理可概括为，由于电子的运动会因为受到磁场的影响而发生偏转，在此过程中，其“荷质比”与电子的速度、电子偏转的半径以及磁场的强度存在着确定的对应关系，因此只要通过实验测量出这几个数据，就可以计算出电子的“荷质比”。
       而在知道了电子的“荷质比”之后，我们只需要再测量出电子的电荷量，就可以计算出电子的质量了。那电子的电荷量又是怎么测量的呢？这就要提到著名的“密立根油滴实验”了。
       简单来讲，该实验的装置由两块平行的金属板组成，中间有一定的距离，可以通过电源产生一个均匀的电场，金属板上有一个小孔，用于喷射细小的带电油滴。

       在这个电场之中，带电的油滴会受到向上的电场力，实验者通过调节电场的大小，使得油滴受到的电场力刚好与它受到的重力平衡，如此一来，就可以让油滴悬浮在两块金属板之间，而在这种情况下，带电油滴的电荷量就是可测量的，实验者通过大量的测量，就可以发现，所有测得的电荷量都是一个基本单位的整数倍，而这个基本单位，其实就是电子的电荷。
       正是通过上述的方法，科学家计算出了电子的质量约为9.10956乘以10的负31次方千克，这是什么概念呢？
       这样说吧，假如我们有一粒质量为1克的花生米，现在我们将这颗花生米的质量缩小到与电子一样大，那么按照同等比例缩小的话，整个地球的质量就将缩小成只有大约5.4克。据此我们也可以清楚地看到，电子的质量到底小到了什么程度。
       尽管电子的质量小得离谱，但在地球上，它们的数量却非常多，实际上，想要估算出地球上全部电子的总质量有多大，其实有一个相对简便的方法。我们先来看一张图。

       这是已知元素及其同位素的质子中子数散点图，其中“Z”代表质子，“N”代表中子，可以看到，当原子序数较小时，中子数和质子数的比例几乎都是1比1，而随着原子序数的升高，中子数的比例会出现一定程度的升高。
       构成地球的主要元素有铁（32.1％）、氧（30.1％）、硅（15.1％）、镁（13.9％）、硫（2.9％）、镍（1.8％）、钙（1.5%），可以看到，这些元素的原子序数都是比较小的，所以它们的中子数和质子数的比例可以认为是1比1，不过考虑到构成地球的其它元素，我们还是可以将中子数的比例稍微算高一点点，将中子数和质子数的比例估算为51比49。
       另一方面来讲，由于地球的电离度非常低，大概只有一千亿亿亿分之一，所以我们可以粗略地认为，地球在整体上是一个电中性的物体，也就是说，在地球上的电子数量与质子数量是相等的。

       根据上述的估算，地球的质量就有大约51%是由中子构成，而剩下49%的质量，则是质子和电子。根据科学家的测量，质子的质量约为1.6726乘以10的负27次方千克，简单计算一下可知，质子的质量大约是电子的1836倍。也就是说，在剩下49%的质量之中，电子的质量大约占到了1837分之1。
       地球的质量是已知的，大约是5.965乘以10的24次方千克，据此我们就可以计算出，地球上全部电子的总质量大约是1.59乘以10的21次方千克，也就是159亿亿吨，作为对比，地球表面的水量，大概有130亿亿吨。当然了，这只是一种粗略的估算，所以大家看看就成，不必太过当真。