Поняття, властивості та заряд електрона

Електроном є елементарна частинка, що є однією з головних одиниць у структурі речовини. Заряд електрона негативний. Найбільш точні вимірювання були зроблені на початку двадцятого століття Міллікеном і Іоффе. Заряд електрона дорівнює мінус 1602176487 (40)*10 -1 9 Кл. Через цю величину вимірюється електричний заряд інших дрібних частинок.

Загальне поняття про електроні

У фізиці елементарних частинок говориться, що електрон — неподільний і не володіє структурою. Він задіяний в електромагнітних і гравітаційних процесах, належить до лептоновой групі, так само як і його античастинка — позитрон. Серед інших лептонів володіє легкою вагою. Якщо електрони і позитрони стикаються, це призводить до їх знищення. Подібна пара може виникнути гамма-кванта частинок.

До того як виміряли нейтрино, саме електрон вважався самою легкою часткою. У квантовій механіці його відносять до фермионам. Також електрон має магнітний момент. Якщо до нього відносять і позитрон, то поділяють позитрон як позитивно заряджену частинку, а електрон називають негатроном, як частинку з негативним зарядом.

Окремі властивості електронів

Електрони відносять до першого покоління лептонів, з властивостями частинок і хвиль. Кожен з них наділений станом кванта, який визначають в результаті виміру енергії, спінової орієнтації та інших параметрів. Приналежність до фермионам у нього розкривається через неможливість знаходження в одному стані кванта одночасно двох електронів (за принципом Паулі). Його вивчають так само, як квазичастицу в періодичному кристалічному потенціалі, у якої ефективна маса здатна істотно відрізнятися від маси в стані спокою. За допомогою руху електронів відбувається електричний струм, магнетизм і термо ЕРС. Заряд електрона в русі утворює магнітне поле. Проте зовнішнє магнітне поле відхиляє частку від прямого напряму. При прискоренні електрон набуває здатність поглинання або випромінення енергії як фотона. З його безлічі складаються електронні атомические оболонки, число і положення яких визначають хімічні властивості.

Атомическая маса в основному складається з ядерних протонів і нейтронів, у той час як маса електронів становить близько 006 % від усього атомної ваги. Електрична сила Кулона є однією з головних сил, здатних утримувати електрон поруч з ядром. Але коли з атомів утворюються молекули і виникають хімічні зв'язки, електрони перерозподіляються в новому утвореному просторі. У появі електронів беруть участь нуклони і адрони. Ізотопи з радіоактивними властивостями здатні випромінювати електрони. В умовах лабораторій ці частинки можуть вивчатися в спеціальних приладах, а наприклад, телескопи можуть детектувати від них випромінювання в плазмових хмарах.

Відкриття

Електрон відкрили німецькі фізики в дев'ятнадцятому столітті, коли вивчали катодні властивості променів. Потім інші вчені стали більш детально вивчати його, виводячи в ранг окремої частки. Вивчалося випромінювання та інші пов'язані фізичні явища. Приміром, група на чолі з Томсоном оцінила заряд електрона і масу катодних променів, відносини яких, як вона з'ясували, що не залежать від матеріального джерела.
А Беккерель з'ясував, що мінерали випромінюють радіацію самі по собі, а їх бета-промені здатні відхилятися допомогою впливу електричного поля, причому у маси і заряду зберігалося те ж ставлення, що і у катодних променів.

Атомна теорія

Згідно цієї теорії, атом складається з ядра і електронів навколо нього, розташованих у вигляді хмари. Вони знаходяться в якихось квантованих станах енергії, зміна яких супроводжується процесом поглинання або випромінювання фотонів.

Квантова механіка

На початку двадцятого століття була сформульована гіпотеза, згідно з якою матеріальні частинки мають властивості як власне частинок, так і хвиль. Також і світло здатний проявлятися у вигляді хвилі (її називають хвилею де Бройля) і частинок (фотонів). У результаті було сформульовано знамените рівняння Шредінгера, де описувалося поширення електронних хвиль. Цей підхід і назвали квантової механікою. За допомогою нього обчислювали електронні стани енергії в атомі водню.

Фундаментальні та квантові властивості електрона

Частка виявляє фундаментальні та квантові властивості. До фундаментальних належать маса (9109*10 -31 кілограм), елементарний електричний заряд (тобто мінімальна порція заряду). Відповідно до вимірів, що проведені до цього часу, у електрона не виявляється ніяких елементів, здатних виявити його субструктуру. Але деякі вчені дотримуються думки, що він є точковою зарядженою частинкою. Як зазначено на початку статті, електронний електричний заряд - це -1602*10 -19 Кл. Будучи частинкою, електрон одночасно може бути хвилею. Експеримент з двома щілинами підтверджує можливість його одночасного проходження через обидві з них. Це вступає в протиріччя з властивостями частинки, де кожен раз можливе проходження тільки через одну щілину. Вважається, що електрони мають однакові фізичні властивості. Тому їх перестановка, з точки зору квантової механіки, не веде до зміни системного стану. Хвильова функція електронів є антисимметричной. Тому її вирішення звертаються в нуль тоді, коли однакові електрони потрапляють в один квантовий стан (принцип Паулі).