Электрон

сімвал	$~e,~e^{-}$
маса	9,10938291(40)×10−31кг, 0,510998928(11) МэВ
антычасціца	пазітрон
класы	ферміён, лептон
квантавыя лікі
электрычны зарад	−1,602176565(35)×10−19 Кл
спін	1/2
ізатапічны спін	0
барыённы лік	0
дзіўнасць	0
чароўнасць	0
Іншыя ўласцівасці і звесткі
час жыцця	∞ (не меней 4,6×1026 гадоў)
каналы распаду	—
састаў часціцы	—

Электрон (грэч. Ηλεκτρόνιο) — стабільная элементарная часціца, адна з асноўных структурных адзінак рэчыва. З электронаў складаюцца электронныя абалонкі атамаў, дзе іх лік і становішча вызначае ўсе хімічныя ўласцівасці рэчываў. Рух вольных электронаў абумоўлівае такія з’явы, як электрычны ток у правадніках і вакууме.

Звычайна электрон пазначаецца ў формулах літарай e^-. Бэта-часціцы, якія з’яўляюцца высокаэнергетычнымі электронамі, якія ўтвараюцца пры бэта-распадзе атамных ядраў, пазначаюцца знакам β^-.

Электрон адносіцца да сямейства лептонаў, мае зарад −1, спін 1 / 2. Антычасціца для электрона — пазітрон.

$~{m_{e}}=9,10938215(45)~{\cdot }~10^{-31}$ кг — маса электрона.

$~{e_{0}}=-1,602176487(40)~{\cdot }~10^{-19}$ Кл — зарад электрона.

Адкрыццё электрона як часціцы належыць Дж. Томсану, які ў 1897 устанавіў, што адносіны зарада да масы для катодных прамянёў не залежыць ад матэрыялу крыніцы. Хвалістую прыроду электрона адкрыў Луі дэ Бройль.

Электрон удзельнічае ў электрамагнітным, слабым і гравітацыйным узаемадзеяннях элементарных часціц. У класічнай электрадынаміцы электрон апісваецца ўраўненнямі Лорэнца—Максвела; у квантавай механіцы — ураўненнямі Шродынгера (для нерэлятывісцкіх з’яў) і ўраўненнямі Дзірака (для рэлятывісцкіх з’яў). Характар размяшчэння электронаў ў атамных абалонках і запаўнення імі энергетычных узроўняў абумоўлены іх спінам (г.зн. электроны падпарадкоўваюцца прынцыпу Паўлі), што вызначае электрычныя, хімічныя, аптычныя і іншыя ўласцівасці атамаў і малекул і вядзе да перыядычнага паўтарэння ўласцівасцей хімічных элементаў (гл. Перыядычная сістэма элементаў Мендзялеева). Характар руху электронаў і іх размеркаванне па энергіях вызначае электраправоднасць, цеплаправоднасць і іншыя ўласцівасці цвёрдых і вадкіх цел.

Даследаванні ўласцівасцей і асаблівасцей руху электронаў стымулявала развіццё фізікі і стварэнне новых галін тэхнікі.

Гісторыя вывучэння

У пачатку XIX стагоддзя Джон Дальтан прапанаваў атамную тэорыю, якая сцвярджала, што хімічныя элементы складаюцца з дробных часцінак-атамаў. Пры гэтым існаванне субатамных, то бок драбнейшых за атам, часціц дальтанавай тэорыяй не разглядалася.

Трубка Крукса з катодам злева і анодам унізе. Разагнаныя электроны далятаюць з катода на супрацьлеглы канец трубкі, утвараючы там свячэнне. Крыж на іх шляху пакідае цень, што паказвае на кірунак перамяшчэння электронаў.

У сярэдзіне XIX стагоддзя эксперыменты са шкляной вакуумнай трубкай з замацаванымі на канцах электродамі паказалі ўзнікненне флюарэсцэнцыі (свячэння) у трубцы пры стварэнні электрычнага напружання паміж электродамі. Навукоўцы меркавалі, што прычынай гэтай з’явы мусілі быць некаторыя прамяні, што праходзілі ад адмоўна зараджанага катода да дадатна зараджанага анода і выклікалі свячэнне. Такія прамяні назвалі катодным выпраменьваннем. Высветлілася таксама, што самі па сабе прамяні не маюць колеру, а свячэнне ёсць вынікам кантакту прамянёў з рэшткамі газу ў трубцы або яе сценкамі. Акрамя таго, кірунак прамянёў мяняўся пры ўздзеянні на іх электрычнага і магнітнага палёў.

Брытанскі навуковец Джозеф Джон Томсан заўважыў, што ўласцівасці катоднага выпраменьвання не змяняюцца ў залежнасці ад матэрыялу, з якога зроблены катод. У 1897 годзе ён апублікаваў работу, дзе апісваў катодныя прамяні як патокі адмоўна зараджаных часціц. Уздзейнічаючы на патокі электрычным і магнітным полем і вымяраючы адхіленне, Томсан падлічыў, што 1 грам часціц мае зарад велічынёй 1.76 * 10^8 кулонаў. Такім чынам быў знойдзены ўдзельны зарад электронаў (адносіна зарада да масы), аднак паасобку маса і зарад адной часціцы заставаліся невядомымі. Цяпер гэтую работу Томсана ўважаюць за адкрыццё электрона.

Зарад электрона быў вызначаны ў 1909 годзе Робертам Мілікенам з Чыкагскага ўніверсітэта. Мілікен правёў эксперымент з кроплямі алею, у якім замяраў хуткасць руху кропляў паміж зараджанымі пласцінамі ўнутры адмысловай камеры. Кроплям надаваўся зарад з дапамогай рэнтгенаўскага выпраменьвання, а электрычнае поле, створанае пласцінамі, дазваляла кіраваць іх рухам. На аснове праведзеных вымярэнняў можна было падлічыць зарад асобных кропляў. Для ўсіх кропляў гэтае значэнне аказалася кратным 1,602 × 10^-19 Кл, таму Мілікен зрабіў выснову, што гэта і ёсць зарад аднаго электрона. Вядомае з ранейшых эксперыментаў Томсана значэнне зараду на адзінку масы дазволіла таксама падлічыць і масу часціцы.

Выкарыстанне

У большасці крыніц нізкаэнергетычных электронаў выкарыстоўваюцца з’явы тэрмаэлектроннай эмісіі і фотаэлектронных эмісіі. Высокаэнергетычных, з энергіяй ад некалькіх кэВ да некалькіх МЭВ, электроны выпраменьваюцца ў працэсах бэта-распаду і ўнутранай канверсіі радыеактыўных ядраў. Электроны, якія выпраменьваюцца ў бэта-распадзе, часам называюць бэта-часціцамі ці бэта-прамянямі. Крыніцамі электронаў з больш высокай энергіяй служаць паскаральнікі.

Рух электронаў у металах і паўправадніках дазваляе лёгка пераносіць энергію і кіраваць ёю. Гэта з’ява (электрычны ток) з’яўляецца адной з асноў сучаснай цывілізацыі і выкарыстоўваецца практычна паўсюдна ў прамысловасці, сувязі, інфарматыцы, электроніцы, у побыце. Хуткасць дрэйфу электронаў у правадырах вельмі малая (~ 0,1-1 мм/с), аднак электрычнае поле распаўсюджваецца з хуткасцю святла. У сувязі з гэтым ток ва ўсёй ланцугу ўсталёўваецца практычна імгненна.

Электрон як квазічасціца

Калі электрон знаходзіцца ў перыядычным патэнцыяле, яго рух разглядаецца як рух квазічасціцы. Яго стану апісваюцца квазіволновым вектарам. Асноўны дынамічнай характарыстыкай у выпадку квадратычнага закона дысперсіі з’яўляецца эфектыўная маса, якая можа значна адрознівацца ад масы вольнага электрона і ў агульным выпадку з’яўляецца тэнзар.

Гл. таксама

• Кулонаўская блакада

Літаратура

• Богуш А. Электрон // БЭ ў 18 т. Т. 18. Кн. 1. Мн., 2004.
• Theodore L. Brown et al. Chemistry: the central science. — 12th ed. — 2011. — ISBN 978-0-321-69672-4.

Спасылкі

• The Discovery of the Electron (нявызн.)(недаступная спасылка). American Institute of Physics, Center for History of Physics. Архівавана з першакрыніцы 16 сакавіка 2008. Праверана 10 жніўня 2006.
• Particle Data Group (нявызн.). University of California. Праверана 17 лістапада 2008.
• Bock, Rudolf K.; Vasilescu, Angela (1998). The Particle Detector BriefBook (14th ed.). Springer. ISBN 3540641203. Архівавана з арыгінала 23 сакавіка 2019. Праверана 2008-10-02.{{cite book}}: Папярэджанні CS1: розныя назвы: authors list (спасылка)