Електрон

Електро́н (грец. Ηλεκτρόνιο, англ. electron, нім. Elektron) — стабільна, негативно заряджена елементарна частинка, що входить до складу всіх атомів. Має електричний заряд (−e = −1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу (9,109554(906)×10−31 кг).

Електрон

Схематичне зображення атома барію з електронними оболонками
Склад: елементарна частинка
Родина: ферміон
Група: лептон
Покоління: перше
взаємодії: електромагнітна, гравітаційна, слабка
Частинка: електрон
Античастинка: позитрон
Відкрита: Дж. Дж. Томсон у 1897 році
Символ: e-, β-
Маса: 0,510998910(13) МеВ/c2
Час життя: стабільний
Електричний заряд: −1,6021766208(98)×10−19 Кл
Спін: 1/2

Зазвичай електрон позначається в формулах символом e-. Бета-частинки, які є високоенергетичними електронами, що утворюються при бета-розпаді атомних ядер, позначаються символом β-.

Електрон належить до родини лептонів, має електричний заряд −e, спін . Електрон є лептоном першого покоління, бере участь в електромагнітній, слабкій та гравітаційній взаємодіях. Фактор Ланде для електрона дорівнює 2, значення g-фактора −2,0023193043622(15).

Античастинкою для електрона є позитрон.

Через напівцілий спін електрон є ферміоном, і підкоряється статистиці Фермі — Дірака.

Електрон — хімічно активна складова атома, де вона пов'язана з електропозитивним ядром силами електростатичного притягання.

Електрон — стабільна частинка, його час життя принаймні перевищує 1026 років. Питання про стабільність електрона зв'язане із законом збереження електричного заряду[1][2].

Назва

Слово «електрон» давньогрецького походження (грец. Ηλεκτρόνιο), в перекладі «ясний камінь», так називався бурштин. Стародавні елліни знали, що якщо потерти бурштин, то він починає притягувати пір'їнки. В подальшому Вільям Гілберт у своїй праці, від 1600 року — «Про магніти», назвав електричною незриму силу, яка відштовхує і притягує. [3]

Історія відкриття
Експерименти з трубкою Крукса вперше продемонстрували природу електронів
Полярне сяйво переважно викликане енергією електронів, що проникають до атмосфери

Німецький фізик Йоганн Гітторф вивчав електричні явища у розрідженому газі: у 1869 році він помітив свічення навколо катода, що стає яскравішим при зменшенні тиску. У 1870х Вільям Крукс повторив цей дослід з трубкою, яка містила високий вакуум, і показав, що агент, що викликає свічення, рухається від анода до катода, а з допомогою магнітних полів ним можна керувати. Це явище отримало назву «катодні промені». Аналіз того, як саме магнітне поле впливає на них, показав, що цей агент має негативний заряд.[4] У 1879 році було запропоноване пояснення цього ефекту, що полягало в тому, що існує «четвертий стан матерії», частинки якого мають електричний заряд, випромінюються анодом, і світяться, вдаряючись об інші частинки, що виходять з катода.[5] Пізніше було показано, що ці промені можуть проходити крізь стінки катода, а тому не є звичайною речовиною.

Термін електрон запровадив у 1894 році Джордж Джонстоун Стоуні. Він ще в 1874 році вперше сформулював ідею про те, що катодні промені складаються із заряджених частинок.

Експериментально відкрив електрон у 1897 році Джозеф Джон Томсон у дослідах із електровакуумними лампами. Також він визначив відношення заряду частинки до її маси. Визначена Томсоном маса була в тисячі разів меншою, ніж маса атома водню, що свідчило про те, що електрон — субатомна частинка.

У 1896 році новозеландський вчений Ернест Резерфорд, вивчаючи флуоресцентні матеріали, показав, що деякі з них (радіоактивні) без будь-якого стороннього впливу випромінюють частинки двох типів, які Резерфорд назвав альфа- і бета-частинками. У 1900 році Анрі Беккерель показав, що бета-частинки є негативно зарядженими, а їхнє відношення маси до заряду було таким самим як у катодних променів.

У 1909 році Роберт Міллікен у дослідах із падінням олійних крапель продемонстрував, що електричний заряд може мати лише дискретні значення, кратні певному елементарному заряду, і виміряв значення цього заряду.

У 1927 році Клінтон Джозеф Девіссон і Лестер Джермер, а також незалежно від них Джордж Паджет Томсон, продемонстрували явище дифракції електронів, довівши, що електрон має як корпускулярні, так і хвильові властивості.

Рівняння руху

У квантовій електродинаміці електрон описується рівнянням Дірака. У випадках, коли релятивістськими ефектами можна знехтувати, використовується рівняння Шредінгера. Електрон — частинка, для якої найяскравіше проявляються хвильові властивості. Дебройлівська довжина хвилі електрона має порядок розміру атома. Саме це дозволяє електронам зв'язуватися з ядром атома, а також брати участь в утворенні хімічних зв'язків між атомами у молекулі чи твердому тілі.

Теорія твердого тіла

У квантовій теорії твердого тіла електрон провідності це певна квазічастинка із характерними для даного кристалу властивостями, зокрема законом дисперсії, ефективною масою тощо.

Поряд із делокалізованими електронами, які мають певний квазіімпульс і рухаються вздовж усього кристалу, існують електрони, локалізовані на домішках чи дефектах кристалічної ґратки.

Електронами зони провідності та дірками у валентній зоні визначається провідність матеріалів.

Див. також

Джерела
  • Білий М.У. (1973). Атомна фізика. Київ: Вища школа.
  • Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. (1974). Теоретическая физика. т. ІІІ. Квантовая механика. Нерелятивистская теория. Москва: Наука.
  • Иродов И. Е. (2001). Квантовая физика. Москва: ФИЗМАТЛИТ.

Примітки
  1. Steinberg, R. I.; Kwiatkowski, K.; Maenhaut, W.; Wall, N. S. (1999). Experimental test of charge conservation and the stability of the electron. Physical Review D 61 (2): 2582–2586. doi:10.1103/PhysRevD.12.2582.
  2. Yao, W.-M. (2006). Review of Particle Physics. Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 33 (1): 77–115. doi:10.1088/0954-3899/33/1/001.
  3. Дейвіс, Норман (1996). "Європа. Історія". Київ: Основи. с. 141. ISBN 978-966-500-338-0.
  4. (англ.)

Посилання
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.