Електро́н (грец. Ηλεκτρόνιο) — 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.
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.
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 магніт», назвав електричною незриму силу, яка відштовхує і притягує.
Історія відкриття
Німецький фізик Йоганн Гітторф[de] 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. 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. 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[en], 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
- 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.
- 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.
- Дейвіс, Норман (1996). "Європа. Історія". Київ: Основи. с. 141. ISBN 978-966-500-338-0.
- [1] [ 9 жовтня 2016 у Wayback Machine.](англ.)
- . Архів оригіналу за 10 жовтня 2016. Процитовано 6 жовтня 2016.
Посилання
| Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Електрон |
- (англ.)
- . American Institute of Physics, Center for History of Physics. Архів оригіналу за 16 березня 2008. Процитовано 25 листопада 2013.
- . University of California. Архів оригіналу за 7 вересня 2017. Процитовано 25 листопада 2013.
- Bock, R.K.; Vasilescu, A. (1998). (вид. 14th). Springer. ISBN 3-540-64120-3. Архів оригіналу за 23 березня 2019. Процитовано 25 листопада 2013.
- Copeland, Ed. . Sixty Symbols. Brady Haran for the University of Nottingham. Архів оригіналу за 27 листопада 2013. Процитовано 25 листопада 2013.