Найбільш пряме визначення заряду електрона було вироблено в дослідах Р. Міллікена, в яких вимірювалися дуже малі заряди, що виникали на дрібних частинках. Ідея цих дослідів полягала в наступному. Згідно з основними уявленнями електронної теорії заряд будь-якого тіла виникає в результаті зміни міститься в ньому числа електронів (або позитивних іонів, заряд яких дорівнює або кратний заряду електрона). Внаслідок цього заряд будь-якого тіла повинен змінюватися тільки стрибкоподібно і притому такими порціями, які містять ціле число зарядів електрона. Тому встановивши на досвіді дискретний характер зміни електричного заряду, Можна отримати тим самим і підтвердження існування електронів, і визначити заряд одного електрона (елементарний заряд).

Зрозуміло, що в подібних експериментах вимірювані заряди повинні бути дуже малими і складатися лише з невеликого числа зарядів електрона. В іншому випадку додавання або відібрання одного електрона буде приводити тільки до невеликого в процентному відношенні зміни загального заряду і тому може легко вислизнути від спостерігача внаслідок неминучих помилок при вимірюванні заряду.

У дослідах було виявлено, що заряд частинок дійсно змінюється стрибками, причому зміни заряду завжди були кратні певному кінцевому заряду.

Схема досвіду Милликена показана на рис. 249. Основною частиною приладу є ретельно виготовлений плоский конденсатор, пластини якого приєднуються до джерела напруги в кілька тисяч вольт. Напруга між пластинами можна змінювати і точно вимірювати. Дрібні крапельки масла, одержувані за допомогою спеціального пульверизатора, потрапляють через отвір у верхній пластині в простір між пластинами. Рух окремої крапельки масла спостерігають в мікроскоп. Конденсатор укладений в захисний кожух, підтримуваний при незмінній температурі, яка захищає крапельки від конвекційних струмів повітря.

Крапельки олії при розпилюванні заряджаються, і тому на кожну діють дві сили: результуюча сили тяжіння і виштовхує (архимедовой) сили і сила, викликана електричним полем.

ПРОХОДЖЕННЯ електричного струму ЧЕРЕЗ МЕТАЛИ

Електронна провідністьметалів. Проходження струму через метали (провідники першого роду) не супроводжується хімічним зміною їх. Ця обставина змушує припускати, що атоми металу при проходженні струму не переміщаються від однієї ділянки провідника до іншого. Це припущення було підтверджено дослідами німецького фізика Карла Віктора Едуарда Рикке (1845 -1915). Рикке склав ланцюг, в яку входили три тісно притиснутих один до одного торцями циліндра, з яких два крайніх були мідні, а середній алюмінієвий. Через ці циліндри пропускався електричний струм протягом досить тривалого часу (більше року), так що загальна кількість протекшего електрики досягло величезної величини (понад 3 000 000 Кл). Виробляючи потім ретельний аналіз місця зіткнення міді і алюмінію, Рикке не міг виявити слідів проникнення одного металу в інший. Таким чином, при проходженні струму через метали атоми металу не переміщуються разом зі струмом.

Яким же чином відбувається перенесення зарядів при проходженні струму через метал?

Згідно з уявленнями електронної теорії, якими ми неодноразово користувалися, негативні і позитивні заряди, що входять до складу кожного атома, істотно відрізняються один від одного. Позитивний заряд пов'язаний з самим атомом і в звичайних умовах невіддільний від основної частини атома (його ядра). Негативні ж заряди - електрони, що володіють певним зарядом і масою, майже в 2000 разів меншою маси найлегшого атома - водню, порівняно легко можуть бути відокремлені від атома; атом, що втратив електрон, утворює позитивно заряджений іон. В металах завжди є значне число «вільних», що відокремилися від атомів електронів, які блукають по металу, переходячи від одного іона до іншого. Ці електрони під дією електричного поля легко переміщуються по металу. Іони ж складають кістяк металу, створюючи його кристалічну решітку (див. Том I).

Одним з найбільш переконливих явищ, що виявляють відмінність між позитивним і негативним зарядами в металі, є згаданий в § 9 фотоелектричний ефект, який показує, що електрони порівняно легко можуть бути вирвані з металу, тоді як позитивні заряди міцно пов'язані з речовиною металу. Так як при ч проходженні струму атоми, а отже, і пов'язані з ними позитивні заряди не переміщаються по провіднику, то переносниками електрики в металі слід вважати вільні електрони. Безпосереднім підтвердженням цих уявлень з'явилися важливі досліди, виконані вперше в 1912 р Л. І. Мандельштамом і М. Д. Папалексі *), але не опубліковані ними. Чотири роки по тому (1916 г.) Р. Ч. Толмен і Т. Д. Стюарт опублікували результати своїх дослідів, які опинилися аналогічними дослідів Мандельштама і Папалексі.

При постановці цих дослідів виходили з наступної думки. Якщо в металі є вільні заряди, що мають масу, то вони повинні підкорятися закону інерції (див. Том I). Який швидко рухається, наприклад, зліва направо провідник представляє собою сукупність рухомих в цьому напрямку атомів металу, які захоплюють разом з собою і вільні заряди. Коли такий провідник раптово зупиняється, то зупиняються що входять до його складу атоми; вільні ж заряди по інерції повинні продовжувати рух зліва направо, поки різні перешкоди (зіткнення з зупиненими атомами) не зупинять їх. Те, що відбувається явище подібно до того, що спостерігається при раптовій зупинці трамвая, коли «вільні», які не прикріплені до вагону предмети і люди за інерцією деякий час продовжують рухатися вперед.

Таким чином, короткий час після зупинки провідника вільні заряди в ньому повинні рухатися в одну сторону. Але рух зарядів в певну сторону є електричний струм. Отже, якщо наші міркування справедливі, то після раптової зупинки провідника треба очікувати появи в ньому короткочасного струму. Напрямок цього струму дозволить судити про знак тих зарядів, які рухалися по інерції; якщо зліва направо будуть рухатися позитивні заряди, то виявиться струм, спрямований зліва направо; якщо ж в цьому напрямку будуть рухатися негативні заряди, то повинен спостерігатися струм, що має напрямок справа наліво. Виникає струм залежить від зарядів і здатності їх носіїв більш-менш довго зберігати за інерцією свій рух, незважаючи на перешкоди, т. Е. Від їх маси. Таким чином, цей досвід не тільки дозволяє перевірити припущення про існування в металі вільних зарядів, а й визначити самі заряди, їх знак і масу їх носіїв (точніше, ставлення заряду до маси e / m).

У практичному здійсненні досвіду виявилося більш зручним використовувати не поступальний, а обертальний рух провідника. Схема такого досвіду приведена на рис. 141. На котушці, в яку вправлені дві ізольовані одна від одної піввісь 00, укріплена дротова спіраль /. Кінці спіралі припаяні до обох половин осі і за допомогою ковзних контактів 2 ( «Щіток») приєднані до чутливого гальванометра 3. Котушка наводилася в швидке обертання і потім раптово гальмувалася. Досвід дійсно виявив, що при цьому в гальванометрі виникав електричний струм. Напрямок цього струму показало, що за інерцією рухаються негативні заряди. Вимірявши заряд, стерпний цим короткочасним струмом, можна було визначити ставлення вільного заряду до маси його носія. Ставлення це виявилося рівним e / m \u003d l, 8 ∙ 10 11 Кл / кг, що добре збігається зі значенням такого ставлення для електронів, певним іншими способами. Отже, досліди показують, що в металах є вільні електрони. Ці досліди є одним з найбільш важливих підтверджень електронної теорії металів. Електричний струм в металах є впорядкований рух вільних електронів(На відміну від їх безладного теплового руху, завжди наявного в провіднику).

Будова металів. Як вільні електрони, що входять до складу металу, так і його іони знаходяться в безперервному хаотичному русі. Енергія цього руху і являє собою внутрішню енергію тіла. Рух іонів, що утворюють кристалічну решітку, складається лише в коливаннях біля своїх положень рівноваги. Вільні ж електрони можуть переміщатися по всьому об'єму металу.

Якщо всередині металу немає електричного поля, то рух електронів абсолютно хаотично; в кожен момент швидкості різних електронів різні і мають різні напрямки (рис. 143, а).Електрони в цьому сенсі подібні звичайному газу, і тому їх часто називають електронним газом. Таке тепловий рух не викличе, очевидно, ніякого струму, так як внаслідок повної хаотичності в кожному напрямку буде рухатися стільки ж електронів, скільки і в протилежному, і тому сумарний заряд, стерпний через будь-який майданчик всередині металу, буде дорівнює нулю.

Справа, однак, зміниться, якщо ми докладемо до кінців провідника різниця потенціалів, т. Е. Створимо всередині металу електричне поле. Нехай напруженість поля дорівнює E. Тоді на кожен з електронів діє сила e Е (е- заряд електрона), спрямована внаслідок отріцательності заряду електронів протилежно полю. Завдяки цьому електрони отримають додаткові швидкості, Спрямовані в одну сторону (рис. 143, б). Тепер уже рух електронів НЕ буде цілком хаотичним: поряд з безладним тепловим рухом електронний газ буде переміщатися як ціле, і тому виникне електричний струм. Висловлюючись образно, можна сказати, що струм в металах є «електронний вітер», викликаний зовнішнім полем. Причина електричного опору. Тепер ми можемо зрозуміти, чому метали чинять опір електричному струму, т. Е. Чому для підтримки тривалого струму потрібно весь час підтримувати різницю потенціалів на кінцях металевого провідника. Якби електрони не відчували ніяких перешкод в своєму русі, то, будучи приведені в впорядкований рух, вони рухалися б по інерції, без дії електричного поля, необмежено довго. Однак насправді електрони відчувають зіткнення з іонами. При цьому електрони, що володіли перед зіткненням деякою швидкістю упорядкованого руху, після зіткнення будуть відскакувати в довільних, випадкових напрямках, і впорядкований рух електронів (електричний струм) буде перетворюватися в безладне (теплове) рух: після усунення електричного поля струм дуже скоро зникне. Для того щоб отримати тривалий струм, потрібно після кожного зіткнення знову і знову гнати електрони в певному напрямку, а для цього потрібно, щоб на електрони весь час діяла сила, т. Е. Щоб усередині металу було електричне поле.

Чим більша різниця потенціалів підтримується на кінцях металевого провідника, тим сильніше всередині нього електричне поле, тим більше струм в провіднику. Розрахунок, якого ми не наводимо, показує, що різниця потенціалів і сила струму повинні бути строго пропорційні один одному (закон Ома).

Рухаючись під дією електричного поля, електрони набувають деяку кінетичну енергію. При зіткненнях ця енергія частково передається іонам решітки, чому вони приходять в більш інтенсивне теплове рух. Таким чином, при наявності струму весь час відбувається перехід енергії впорядкованого руху електронів (струму) в енергію хаотичного руху іонів і електронів, яка представляє собою внутрішню енергію тіла; а це значить, що внутрішня енергія металу збільшується. Цим пояснюється виділення джоулева тепла.

Резюмуючи, можна сказати, що причина електричного опору полягає в тому, що електрони при своєму русі відчувають зіткнення з іонами металу.Ці зіткнення виробляють такий же результат, як і дію деякої постійної сили тертя, яка прагне гальмувати рух електронів.

Різниця в провідності різних металів обумовлено деякими відмінностями в числі вільних електронів в одиниці об'єму металу і в умовах руху електронів, що зводиться до різниці в середній довжині вільного пробігу, т. Е. Відстані, яку проходить в середньому електроном між двома зіткненнями з іонами металу. Однак ці відмінності не дуже значні, внаслідок чого провідність одних металів відрізняється від провідності інших всього лише в кілька десятків разів; в той же час провідність навіть гірших з металевих провідників в сотні тисяч разів більше провідності хороших електролітів і в мільярди разів перевершує провідність напівпровідників.

Явище надпровідності означає, що в металі виникли умови, при яких електрони не відчувають опору своєму руху. Тому для підтримки тривалого струму в надпровіднику не потрібно наявності різниці потенціалів. Досить будь-яким поштовхом привести електрони в рух, і тоді струм в надпровіднику буде існувати і після усунення різниці потенціалів.

Робота виходу. Вільні електрони знаходяться всередині металу в безперервному тепловому русі. Однак, незважаючи на це, вони не розлітаються з металу. Це свідчить про те, що є якісь сили, що перешкоджають їх вильоту, т. Е. Що на електрони, які прагнуть вийти за поверхню металу, в поверхневому шарі діє електричне поле, спрямоване від металу назовні (електрони негативні). Це означає, що при проходженні електрона через поверхневий шар металу сили, що діють на електрон в цьому шарі, роблять негативну роботу - А(Тут А\u003e 0), а отже, між точками всередині металу і зовні є деяка напруга, зване напругою виходу.

Зі сказаного випливає, що для видалення електрона з металу у вакуум потрібно зробити проти сил, що діють в поверхневому шарі, позитивну роботу А, яку називають роботою виходу.Ця величина залежить від природи металу.

Між роботою виходу і потенціалом виходу є очевидне співвідношення

де e- заряд електрона (точніше, абсолютне значення заряду електрона, рівну елементарному заряду). Тому роботу виходу зазвичай записують у вигляді eq\u003e.

роботу еСРпроти сил в поверхневому шарі електрон може зробити за рахунок запасу кінетичної енергії. якщо кінетична енергія менше роботи виходу, він не зможе проникнути через поверхневий шар і залишиться всередині металу. Таким чином, умова, при якому електрон може вилетіти з металу, має вигляд

тут т- маса електрона, v n- нормальна (перпендикулярна до поверхні) складова його швидкості, eU - робота виходу.

При кімнатній температурі середня енергія теплового руху електронів в металі в кілька десятків разів менше роботи виходу; тому практично всі електро- та утримуються полем, наявними в поверхневому шарі, всередині металу.

Роботу виходу зазвичай вимірюють не в джоулях, а в електронвольтах(ЕВ). Один електронеольт є робота, що здійснюються силами поля над зарядом, рівним заряду електрона(Т. Е. Над елементарним зарядом е), під час проходження ним напруги один вольт:Випускання електронів розжареними тілами.Тепловий рух електронів в металі має безладний характер, так що швидкості окремих електронів можуть значно відрізнятися один від одного, подібно до того як це має місце для молекул газу. Це означає, що всередині металу завжди знайдеться певна кількість швидких електронів, здатних прорватися крізь поверхню. Іншими словами, якщо прийнята нами картина будови металу вірна, то повинно відбуватися «випаровування» електронів, подібне випаровуванню рідин.

Однак при кімнатних температурах умова (89.2) виконується тільки для незначної частки електронів металу, і випаровування електронів настільки слабо, що його виявити неможливо. Справа зміниться, якщо нагріти метал до дуже високої температури (1500-2000 ° С). В цьому випадку теплові швидкості збільшуються, число електронів, що вилітають зростає, і випаровування їх можна легко спостерігати на досвіді. Для подібного досвіду може служити лампа Л(Рис. 144), що містить, крім нитки напруження До(Наприклад, вольфрамової), ще додатковий електрод Л. Повітря з лампи ретельно викачано, щоб не ускладнювати явища участю іонів повітря. Лампа з'єднана з батареєю £ i і гальванометром Гтак, що негативний полюс батареї з'єднаний з ниткою розжарення.

При холодної нитки гальванометр не вказує струму, так як між катодом і анодом немає ні іонів, ні електронів, які могли б переносити заряди. Якщо, проте, загострити нитку за допомогою допоміжної батареї Б 2і поступово збільшувати струм напруження, то при білому Каленик нитки в ланцюзі з'являється струм. Цей струм утворюється випаровуються з нитки електронами, які під дією прикладеного електричного поля рухаються від нитки Додо електрода А.Число електронів, що випускаються з одиниці поверхні розпеченого катода, дуже сильно залежить від його температури і від матеріалу, з якого він зроблений (робота виходу). Тому спостережуваний струм дуже швидко зростає з підвищенням температури нитки.

Якщо приєднати полюси батареї Б 1так, щоб нитка виявилася з'єднаної з позитивним полюсом, то струму в ланцюзі не буде, як би сильно ми ні нагрівали нитку. Це відбувається тому, що електричне поле тепер прагне рухати електрони від А до К і тому повертає випарувалися електрони назад в нитку розжарення. Цей досвід доводить також, що з металів випаровуються тільки негативні електрони, але не позитивні іони, які міцно пов'язані в кристалічній решітці металу. Описане явище, що носить назву термоелектронної емісії,знайшло собі різноманітні і важливі застосування.

Електрон (елементарна частинка)

Дана стаття була написана Володимиром Горуновіч для сайту "ВікіОсвіта", під назвою "Електрон в польовий теорії", поміщена на цей сайт з метою захисту інформації від вандалів, а потім доповнена на цьому сайті.

Польова теорія елементарних частинок, діючи в рамках НАУКИ, спирається на перевірений фізики фундамент:

• Класичну електродинаміку,
• Квантову механіку,
• Закони збереження - фундаментальні закони фізики.

У цьому принципова відмінність наукового підходу, використаного польовий теорією елементарних частинок - справжня теорія повинна строго діяти в рамках законів природи: в цьому і полягає НАУКА.

Використовувати неіснуючі в природі елементарні частинки, вигадувати неіснуючі в природі фундаментальні взаємодії, Або підміняти існуючі в природі взаємодії казковими, ігнорувати закони природи, займаючись математичними маніпуляціями над ними (створюючи видимість науки) - це доля СКАЗОК, які видаються за науку. В результаті фізика скочувалася в світ математичних казок.

1 Радіус електрона
2 Електричне поле електрона
3 Магнітний момент електрона
4 Маса спокою електрона
5 Фізика 21 століття: Електрон (елементарна частинка) - підсумок

електрон (Англ. Electron) - найлегша елементарна частинка, що володіє електричним зарядом. Квантове число L \u003d 1/2 (спін \u003d 1/2) - група лептони, підгрупа електрона, електричний заряд -e (систематизація по польовій теорії елементарних частинок). Стабільність електрона зумовлена \u200b\u200bнаявністю електричного заряду, при відсутності якого електрон б розпадався аналогічно мюонів нейтрино.

Згідно польовий теорії елементарних частинок, електрон складається з обертового поляризованого змінного електромагнітного поля з постійною складовою.

Структура електромагнітного поля електрона (E-постійне електричне поле, H-постійне магнітне поле, жовтим кольором відмічено змінне електромагнітне поле)

Енергетичний баланс (відсоток від усієї внутрішньої енергії):

• постійне електричне поле (E) - 0,75%,
• постійне магнітне поле (H) - 1,8%,
• змінне електромагнітне поле - 97,45%.

Цим пояснюються яскраво виражені хвильові властивості електрона і його небажання брати участь в ядерних взаємодіях. Структура електрона приведена на малюнку.

1 Радіус електрона

Радіус електрона (відстань від центру частинки до місця в якому досягається максимальна щільність маси) визначається за формулою:

дорівнює 1,98 ∙ 10 -11 см.

Займаного електроном, який визначається за формулою:

дорівнює 3,96 ∙ 10 -11 см. До величиною r 0 ~ додався ще радіус кільцевої області, займаної змінним електромагнітним полем електрона. Необхідно пам'ятати, що частина величини маси спокою, зосередженої в постійних (електричному і магнітному) полях електрона знаходиться за межами даної області, відповідно до законів електродинаміки.

Електрон більше будь-якого атомного ядра, тому не може бути присутнім в атомних ядрах, а народжується в процесі розпаду нейтрона, також як позитрон народжується в процесі розпаду в ядрі протона.

Твердження про те, що радіус електрона близько 10 -16 см бездоказові і суперечать класичної електродинаміки. При таких лінійних розмірах електрон повинен бути важче протона.

2 Електричне поле електрона

Електричне поле електрона складається з двох областей: зовнішньої області з негативним зарядом і внутрішньої області з позитивним зарядом. Розмір внутрішньої області визначається радіусом електрона. Різниця зарядів зовнішньої і внутрішньої областей визначає сумарний електричний заряд електрона -e. В основі його квантування лежать геометрія і будова елементарних частинок.

електричного поля електрона в точці (А) в дальній зоні (r\u003e\u003e r e) точно, в системі СІ дорівнює:

електричного поля електрона в дальній зоні (r\u003e\u003e r e) точно, в системі СІ дорівнює:

де n \u003d R / | r | - одиничний вектор з центру електрона в напрямку точки спостереження (А), r - відстань від центру електрона до точки спостереження, e - елементарний електричний заряд, жирним шрифтом виділені вектора, ε 0 - електрична постійна, re \u003d Lħ / (m 0 ~ c ) - радіус електрона в польовий теорії, L - головне квантове число електрона в польовий теорії, ħ - постійна Планка, m 0 ~ - величина маси укладеної в змінному електромагнітному полі покоїться електрона, c - швидкість світла. (В системі СГС відсутня множник.)

Дані математичні вирази вірні для далекої зони електричного поля електрона: (r \u003e\u003e re), а голослівні твердження що "електричне поле електрона залишається кулоновским аж до відстаней 10 -16 см" не має нічого спільного з дійсністю - це одна з казок, що суперечить класичній електродинаміки.

Згідно польовий теорії елементарних частинок, постійне електричне поле елементарних частинок з квантовим числом L\u003e 0, як заряджених, так і нейтральних, створюється постійної компонентою електромагнітного поля відповідної елементарної частинки. А поле електричного заряду виникає в результаті наявності асиметрії між зовнішньою і внутрішньою напівсферами, генеруючими електричні поля протилежних знаків. Для заряджених елементарних частинок в далекій зоні генерується поле елементарного електричного заряду, а знак електричного заряду визначається знаком електричного поля, що генерується зовнішньої полусферой.В ближній зоні дане поле має складною структурою і є дипольним, але дипольниммоментом воно не володіє. Для наближеного опису даного поля як системи точкових зарядів буде потрібно не менше 6 "кварків" всередині електрона - краще якщо взяти 8 "кварків". Ясна річ, що це виходить за рамки стандартної моделі.

У електрона, як і у будь-який інший зарядженої елементарної частинки, можна виділити два електричних заряду і відповідно два електричних радіуса:

• електричний радіус зовнішнього постійного електричного поля (заряду -1.25e) - r q- \u003d 3.66 10 -11 см.
• електричний радіус внутрішнього постійного електричного поля (заряду + 0.25e) - r q + \u003d 3 10 -12 см.

Дані характеристики електричного поля електрона відповідають розподілу 1 польовий теорії елементарних частинок. Фізика поки експериментально не встановила точність даного розподілу, і який розподіл найбільш точно відповідає реальній структурі постійного електричного поля електрона в ближній зоні.

Електричний радіус вказує середнє місцезнаходження рівномірно розподіленого по колу електричного заряду, що створює аналогічне електричне поле. Обидва електричних заряду лежать в одній площині (площині обертання змінного електромагнітного поля елементарної частинки) і мають загальний центр, що співпадає з центром обертання змінного електромагнітного поля елементарної частинки.

Напруженість E електричного поля електрона в ближній зоні (R ~ r e), в системі СІ, як векторна сума, приблизно дорівнює:

де n -=r -/ R - одиничний вектор з ближньої (1) або далекої (2) точки заряду q - електрона в напрямку точки спостереження (А), n +=r +/ R - одиничний вектор з ближньої (1) або далекої (2) точки заряду q + електрона в напрямку точки спостереження (А), r - відстань від центру електрона до проекції точки спостереження на площину електрона, q - - зовнішній електричний заряд -1.25 e, q + - внутрішній електричний заряд + 0.25e, жирним шрифтом виділені вектора, ε 0 - електрична постійна, z - висота точки спостереження (А) (відстань від точки спостереження до площини електрона), r 0 - нормувальний параметр. (В системі СГС відсутня множник.)

Дане математичне вираз являє собою суму векторів і її треба обчислювати за правилами додавання векторів, оскільки це поле двох розподілених електричних зарядів (q - \u003d -1.25e і q + \u003d + 0.25e). Перше і третє доданок відповідають ближнім точкам зарядів, друге і четверте - далеким. Дане математичне вираження не працює у внутрішній (кільцевий) області електрона, що генерує його постійні поля (при одночасному виконанні двох умов: r

Потенціал електричного поля електрона в точці (А) в ближній зоні (R ~ r e), в системі СІ приблизно дорівнює:

де r 0 - нормувальний параметр, величина якого може відрізнятися від у формулі E. (В системі СГС відсутня множник.) Дане математичне вираження не працює у внутрішній (кільцевий) області електрона, що генерує його постійні поля (при одночасному виконанні двох умов: r

Калібрування r 0 для обох виразів ближньої зони необхідно проводити на кордоні області, генеруючої постійні поля електрона.

3 Магнітний момент електрона

На противагу квантової теорії польова теорія елементарних частинок стверджує, що магнітні поля елементарних частинок не створюються спіновим обертанням електричних зарядів, а існують одночасно з постійним електричним полем як постійна складова електромагнітного поля. Тому магнітні поля є у всіх елементарних частинок з квантовим числом L\u003e 0.

Оскільки величини головного квантового числа L і спина у лептонів збігаються, то можуть збігатися і величини магнітних моментів заряджених лептонів у обох теорій.

Польова теорія елементарних частинок не вважає магнітний момент електрона аномальним - його величина визначається набором квантових чисел в тій мірі, в якій квантова механіка працює в елементарної частинки.

Так, основний магнітний момент електрона створюється струмом:

• (-) з магнітним моментом -0,5 eħ / m 0e c

Для отримання результуючого магнітного моменту електрона треба помножити на відсоток енергії змінного електромагнітного поля, розділений на 100 відсотків і додати спінову складову (дивись Польова теорія елементарних частинок исходник), в результаті отримаємо 0,5005786 eħ / m 0e c. Для того щоб перевести в звичайні магнетон Бора треба отримане число помножити на два.

4 Маса спокою електрона

Відповідно до класичної електродинаміки і формулою Ейнштейна, маса спокою елементарних частинок з квантовим числом L\u003e 0, в тому числі і електрона, визначається як еквівалент енергії їх електромагнітних полів:

де визначений інтеграл береться по всьому електромагнітного поля елементарної частинки, E - напруженість електричного поля, H - напруженість магнітного поля. Тут враховуються всі компоненти електромагнітного поля: постійне електричне поле, постійне магнітне поле, змінне електромагнітне поле.

Як випливає з наведеної формули, величина маси спокою електрона залежить від умов, в яких електрон знаходиться. Так помістивши електрон в постійне зовнішнє електричне поле, ми вплинемо на E 2, що відіб'ється на масі частинки. Аналогічна ситуація виникне при приміщенні електрона в постійне магнітне поле.

5 Фізика 21 століття: Електрон (елементарна частинка) - підсумок

Перед Вами відкрився новий світ - світ дипольних полів, про існування яких фізика 20 століття і не підозрювала. Ви побачили, що у електрона є не один, а два електричних заряду (зовнішній і внутрішній) і відповідні їм два електричних радіусу. Ви побачили, що лінійні розміри електрона значно перевищують лінійні розміри протона. Ви побачили, з чого складається маса спокою електрона і що уявний бозон Хіггса виявився не при справах (рішення Нобелівського комітету - це ще не закони природи ...). Більш того, величина маси залежить від полів, в яких знаходиться електрон. Все це виходить за рамки уявлень, що панували в фізиці другої половини двадцятого століття. - Фізика 21 століття - Нова фізика переходить на новий рівень пізнання матерії.

Володимир Горуновіч

). Згідно зі змінами визначень основних одиниць СІ точно дорівнює 1,602 176 634⋅10 -19 А · с. Тісно пов'язаний з постійної тонкої структури, яка описує електромагнітну взаємодію.

Квантування електричного заряду

Будь-яке спостерігається в експерименті електричний заряд завжди кратний одному елементарному - таке припущення було висловлено Б. Франкліном в 1752 році і в подальшому неодноразово перевірялося експериментально. Вперше елементарний заряд був експериментально виміряний Міллікеном в 1910 році.

Той факт, що електричний заряд зустрічається в природі лише у вигляді цілого числа елементарних зарядів, можна назвати квантуванням електричного заряду. При цьому в класичній електродинаміці питання про причини квантування заряду не обговорюється, оскільки заряд є зовнішнім параметром, а не динамічної змінної. Задовільного пояснення, чому заряд зобов'язаний квантованим, поки не знайдено, однак вже отримано ряд цікавих спостережень.

Дробовий електричний заряд

Неодноразові пошуки довгоживучих вільних об'єктів з дробовим електричним зарядом, що проводяться різними методиками протягом тривалого часу, не дали результату.

Варто, однак, відзначити, що електричний заряд квазичастиц також може бути не кратний цілому. Зокрема, саме квазічастинки з дробовим електричним зарядом відповідають за дробовий квантовий ефект Холла.

Експериментальне визначення елементарного електричного заряду

Число Авогадро і постійна Фарадея

Ефект Джозефсона і константа фон Клітцинг

Іншим точним методом вимірювання елементарного заряду є обчислення його з спостереження двох ефектів квантової механіки: ефекту Джозефсона, при якому виникають коливання напруги в певній сверхпроводящей структурі і квантового ефекту Холла, ефекту квантування холловського опору або провідності двовимірного електронного газу в сильних магнітних полях і при низьких температурах. Постійна Джозефсона

де h - постійна Планка, може бути виміряна безпосередньо за допомогою ефекту Джозефсона.

може бути виміряна безпосередньо за допомогою квантового ефекту Холла.

З цих двох констант може бути обчислена величина елементарного заряду:

Примітки

1. Elementary charge (Англ.). The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. . Дата обіг 20 травня 2016.
2. Значення в одиницях СГСЕ наведено як результат перерахунку значення CODATA в кулонах з урахуванням того факту, що кулон точно дорівнює 2 997 924 580 одиницям електричного заряду СГСЕ (Франклін або статкулонам).

Електроном є елементарна частинка, яка є однією з головних одиниць в структурі речовини. Заряд електрона негативний. Самий точні вимірювання були зроблені на початку двадцятого століття Міллікеном і Іоффе.

Заряд електрона дорівнює мінус 1,602176487 (40) * 10 -1 9 Кл.

Через цю величину вимірюється електричний заряд інших дрібних частинок.

Загальне поняття про електрон

У фізиці елементарних частинок йдеться, 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 найлегшим вагою. Якщо електрони і позитрони стикаються, це призводить до їх анігіляції. Подібна пара може виникнути з гамма-кванта частинок.

До того як виміряли нейтрино, саме електрон вважався найлегшою часткою. У квантовій механіці його відносять до ферміонами. Також електрон має магнітний момент. Якщо до нього відносять і позитрон, то розділяють позитрон як позитивно заряджену частинку, а електрон називають негатронів, як частку з негативним зарядом.

Окремі властивості електронів

Електрони відносять до першого покоління лептонів, з властивостями частинок і хвиль. Кожен з них наділений станом кванта, яке визначають в результаті вимірювання енергії, спінової орієнтації та інших параметрів. Належність до ферміонами у нього розкривається через неможливість перебування в одному стані кванта одночасно двох електронів (за принципом Паулі).

Його вивчають так само, як квазічастинку в періодичному кристалічному потенціал, у якій ефективна маса здатна істотно відрізнятися від маси в стані спокою.

За допомогою руху електронів відбувається електричний струм, магнетизм та термо ЕРС. Заряд електрона в русі утворює магнітне поле. Однак зовнішнє магнітне поле відхиляє частку від прямого напрямку. При прискоренні електрон набуває здатності поглинання або випромінювання енергії в якості фотона. З його безлічі складаються електронні атоміческіе оболонки, число і положення яких визначають хімічні властивості.

Атоміческіе маса в основному складається з ядерних протонів і нейтронів, в той час як маса електронів состовляет порядку 0,06% від всього атомного ваги. Електрична сила Кулона є однією з головних сил, здатних утримувати електрон поруч з ядром. Але коли з атомів створюються 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. Вивчався випромінювання та інші пов'язані фізичні явища.

Наприклад, 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 за допомогою впливу електричного поля, причому у маси і заряду зберігалося те ж відношення, що і у катодних променів.

атомна теорія

Відповідно до цієї теорії, атом складається з ядра і електронів навколо нього, розташованих у вигляді хмари. Вони знаходяться в деяких квантових 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 здатне проявлятися у вигляді хвилі (її називають хвилею де Бройля) і частинок (фотонів).

В результаті було сформульовано знамените рівняння Шредінгера, де описувалося поширення електронних хвиль. Цей підхід і назвали квантовою механікою. За допомогою нього вираховували електронні стану енергії в атомі водню.

Фундаментальні та квантові властивості електрона

Частка проявляє фундаментальні і квантові властивості.

До фундаментальних належать маса (9,109 * 10 -31 кілограм), елементарний електричний заряд (тобто мінімальна порція заряду). Згідно з тими вимірами, що проведені до теперішнього часу, у електрона не виявляється ніяких елементів, здатних виявити його субструктуру. Але деякі вчені дотримуються думки, що він є точкової зарядженої часткою. Як зазначено на початку статті, електронний електричний заряд - це -1,602 * 10 -19 Кл.

Будучи часткою, електрон одночасно може бути вільний. 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 антисиметричною. Тому її рішення звертаються в нуль тоді, коли однакові електрони потрапляють в одне квантовий стан (принцип Паулі).

Електрон - негативно заряджена елементарна частинка, що належить до класу лептонів (див. Елементарні частинки), носій найменшої відомої зараз маси і найменшого електричного заряду в природі. Відкрито в 1897 р англійським вченим Дж. Дж. Томсоном.

електрон - складова частина атома, число електронів в нейтральному атомі одно атомному номеру, Т. Е. Кількістю протонів в ядрі.

Перші точні вимірювання електричного заряду електрона провів в 1909-1913 рр. американський фіаік Р. Міллікен. Сучасне значення абсолютної величини елементарного заряду становить одиниць СГСЕ або приблизно Кл. Вважається, що цей заряд дійсно «елементарний», т. Е. Він не може бути розділений на частини, а заряди будь-яких об'єктів є його цілими кратними.

Ви, можливо, чули про кварках з електричними зарядами і але, мабуть, вони міцно замкнені всередині адронів і у вільному стані не існують. Разом з постійною Планка h і швидкістю світла з елементарний заряд утворює безрозмірну постійну \u003d 1/137. Стала тонкої структури - один з найважливіших параметрів квантової електродинаміки, вона визначає інтенсивність електромагнітних взаємодій (найбільш точне сучасне значення \u003d 0,000015).

Маса електрона г (в енергетичних одиницях). Якщо справедливі закони збереження енергії і електричного заряду, то заборонені будь-які розпади електрона, такі, як і т. П. Тому електрон стабільний; експериментально отримано, що час його життя не менше років.

У 1925 р американські фізики С. Гаудсмит і Дж. Уленбек для пояснення особливостей атомних спектрів ввели внутрішній момент кількості руху електрона - спін (s). Спін електрона дорівнює половині постійної Планка, але фізики зазвичай говорять просто, що спін електрона дорівнює \u003d 1/2. Зі спіном електрона пов'язаний його власний магнітний момент. Величина ерг / Гс називається магнетон Бора МБ (це прийнята в атомній і ядерній фізиці одиниця виміру магнітного моменту; тут h - постійна Планка, і m - абсолютна величина заряду і маса електрона, з - швидкість світла); числовий коефіцієнт - це -фактор електрона. З квантовомеханічного релятивистского рівняння Дірака (1928) випливало значення т. Е. Магнітний момент електрона повинен був дорівнювати в точності одному магнетону Бора.

Однак в 1947 р в дослідах було виявлено, що магнітний момент приблизно на 0,1% більше магнетона Бора. Пояснення цього факту було дано з урахуванням поляризації вакууму в квантової електродинаміки. Вельми трудомісткі обчислення дали теоретичне значення (+0,000000000148), яке можна порівняти з сучасними (1981) експериментальними даними: для електрона і позитрона (+0,000000000050).

Величини обчислені і виміряні з точністю до дванадцяти знаків після коми, причому точність експериментальних робіт вище точності теоретичних розрахунків. Це найточніші вимірювання у фізиці елементарних частинок.

Особливостями руху електронів в атомах, що підкоряється рівнянням квантової механіки, визначаються оптичні, електричні, магнітні, хімічні і механічні властивості речовин.

Електрони беруть участь в електромагнітних, слабких і гравітаційних взаємодіях (див. Єдність сил природи). Так, внаслідок електромагнітного процесу відбувається анігіляція електрона і позитрона з утворенням двох квантів:. Електрони і позитрони високих енергій можуть брати участь і в інших процесах електромагнітної анігіляції з утворенням адронів: адрони. Зараз такі реакції посилено вивчаються на численних прискорювачах на зустрічних -пучках (див. Прискорювачі заряджених частинок).