电子[根基粒子之一]

 行业动态     |      2024-01-26 08:10:35    |      小编

  PG电子官方网站电子(electron)是带负电的亚原子粒子。它可能是自正在的(不属于任何原子),也可能被原子核桎梏。原子中的电子正在各样各样的半径和描摹能量级其它球形壳里存正在。球形壳越大,包蕴正在电子里的能量越高。

  正在电导体中,电流由电子正在原子间的独立运动出现,并广泛从电极的阴极到阳极。正在半导体质料中,电流也是由运动的电子出现的电子。但有时分,将电流联思成从原子到原子的缺电子运动更拥有阐明性。半导体里的缺电子的原子被称为空穴(hole)。广泛,空穴从电极的正极转移到负极。

  电子属于亚原子粒子中的轻子类。轻子被以为是组成物质的根基粒子之一。它带有1/2自旋,即又是一种费米子(遵照费米—狄拉克统计)。电子所带电荷为e=1.6×10 C(库仑),质地为9.11×10 kg(0.51MeV/c ),能量为5.11×10 eV,广泛被显示为e⁻。电子的反粒子是正电子,它带有与电子一致的质地,能量,自旋和等量的正电荷(正电子的电荷为+1,负电子的电荷为-1)。

  当电子分离原子核桎梏正在其它原子中自正在转移时,其出现的净活动征象称为电流。

  电子是正在1897年由剑桥大学卡文迪许实习室的约瑟夫·约翰·汤姆森正在研讨阴极射线时涌现的。约瑟夫·约翰·汤姆森提出了葡萄干模子(枣糕模子)。

  1897年,英国剑桥大学卡文迪许实习室的约瑟夫·约翰·汤姆森重做了赫兹的实习。操纵真空度更高的真空管和更强的电场,他旁观出负极射线的偏转,并盘算出负级射线粒子(电子)的质地-电荷比例,是以取得了1906年的诺贝尔物理学奖。汤姆逊采用1891年乔治·斯托尼所起的名字——电子来称谓这种粒子。至此,电子动作人类涌现的第一个亚原子粒子和掀开原子寰宇的大门被汤姆逊涌现了。

  电子并非根基粒子,100多年前,当美国物理学家Robert Millikan初度通过实习测出电子所带的电荷为1.602×10 C后,这一电荷值便被通常看动作电荷根基单位。然而借使遵照经典表面,将电子看作“合座”或者“根基”粒子,将使咱们对电子正在某些物理情境下的作为感触至极狐疑,譬喻当电子被置入强磁场后呈现的非整量子霍尔效应。

  英国剑桥大学研讨职员和伯明翰大学的同业互帮杀青了一项研讨。公报称,电子广泛被以为不成分。剑桥大学研讨职员将极细的“量子金属丝”置于一块金属平板上方,限度其间隔断为约30个原子宽度,并将它们置于近乎绝对零度的超低温境况下,然后蜕变表加磁场,涌现金属板上的电子正在通过量子隧穿效应跳跃到金属丝上时分开成了自旋子和穴子。

  电子块头幼重量轻(比μ介子还轻205倍),被反正在亚原子粒子中的轻子类。轻子是物质被划分的动作根基粒子的一类。电子带有二分之一自旋,满意费米子的要求(遵照费米-狄拉克统计)。电子所带电荷约为-1.6×10 库仑,质地为9.10956×10 kg(0.51MeV/c )。广泛被显示为e⁻。与电子电性相反的粒子被称为正电子,它带有与电子一致的质地,自旋和等量的正电荷。电子正在原子内做绕核运动,能量越大距核运动的轨迹越远,有电子运动的空间叫电子层,第一层最多可有2个电子。第二层最多可能有8个,第n层最多可容纳2n 个电子,最表层最多容纳8个电子。终末一层的电子数目决断物质的化学性子是否烂漫,1、2、3电子为金属元素,4电子、5、6、7为非金属元素,8为罕见气体元素。

  物质的电子可能失落也可能取得,物质拥有得电子的性子叫做氧化性,该物质为氧化剂;物质拥有失电子的性子叫做还原性,该物质为还原剂。物质氧化性或还原性的强弱由得失电子难易决断,与得失电子多少无合。

  阳离子。若物体带有的电子多于或少于原子核的电量,导致正负电量不屈均时,称该物体带静电。当正负电量平均时,称物体的电性为电中性。静电正在平日生存中有良多用处,比如,静电油漆体例不妨将瓷漆(英语:enamel paint)或聚氨酯漆,匀称地喷洒于物品表貌。电子与质子之间的吸引性库仑力,使得电子被桎梏于原子,称此电子为桎梏电子

  自正在电子。很多自正在电子一齐转移所出现的净活动征象称为电流。正在很多物理征象里,像电传导、磁性或热传导,电子都饰演了要要紧的脚色。转移的电子会出现磁场,也会被表磁场偏转。呈加快率运动的电子会发射电磁辐射。电荷的最终带领者是构成原子的眇幼电子。正在运动的原子中,每个绕原子核运动的电子都带有一个单元的负电荷,而原子核内里的质子带有一个单元的正电荷。寻常状况下,正在物质中电子和质子的数量是相称的,它们带领的电荷相平均,物质呈中性。物质正在进程摩擦后,要么会失落电子,留下更多的正电荷(质子比电子多)。要么增多电子,取得更多的负电荷(电子比质子多)。这个流程称为摩擦生电。

  是电子正在原子核表空间概率密度漫衍的地步描摹,电子正在原子核表空间的某区域内呈现,似乎带负电荷的云覆盖正在原子核的四周,人们地步地称它为“电子云”。它是1926年奥地利学者薛定谔正在德布罗伊合联式的本原上,对电子的运动做了适合的数学执掌,提出了二阶偏微分的的有名的薛定谔方程式。这个方程式的解,借使用三维坐标以图形显示的话,即是电子云。

  卢瑟福凭据他的实习结果,于1911年,安排出卢瑟福模子。正在这模子里,原子的绝大个别质地都聚合正在幼幼的原子核中,原子的绝大个别都是真空。而电子则像行星盘绕太阳运行相整个绕着原子核运行。这一模子对后代出现了广大影响,直到现正在,很多高科技结构和单元如故操纵电子盘绕着原子核的原子图像来代表己方。

  正在经典力学的框架之下,行星轨道模子有一个急急的题目不行声明:呈加快率运动的电子会出现电磁波,而出现电磁波就要损耗能量;最终,耗尽能量的电子将会一头撞上原子核(就像能量耗尽的人造卫星最终会进入地球大气层)。于1913年,尼尔斯·玻尔提出了玻尔模子。正在这模子中,电子运动于原子核表某一特定的轨域。隔断原子核越远的轨域能量越高。电子跃迁到隔断原子核更近的轨域时,会以光子的局势开释出能量。相反的,从低能级轨域到高能级轨域则会招揽能量。藉著这些量子化轨域,玻尔确切地皮算出氢原子光谱。可是,操纵玻尔模子,并不不妨声明谱线的相对强度,也无法盘算出更杂乱原子的光谱。这些困难,尚待厥后量子力学的声明。

  1916年,美国物理化学家吉尔伯特·途易士得胜地声明了原子与原子之间的彼此效力。他提议两个原子之间一对共用的电子酿成了共价键。于1923年,沃尔特·海特勒Walter Heitler和弗里茨·伦敦Fritz London运用量子力学的表面,完好地声明明了电子对出现和化学键酿成的理由。于1919年,欧文·朗缪尔将途易士的立方原子模子cubical atom。加以发扬,提议总共电子都漫衍于一层层一心的(切近一心的)、等厚度的球形壳。他又将这些球形壳分为几个个别,每一个个别都含有一对电子。操纵这模子,他不妨声明周期表内每一个元素的周期性化学性子。

  于1924年,奥地利物理学家沃尔夫冈·泡欺骗一组参数来声明原子的壳层组织。这一组的四个参数,决断了电子的量子态。每一个量子态只可容许一个电子拥有。(这禁止多于一个电子拥有同样的量子态的规定,称为泡利不相容道理)。这一组参数的前三个参数分袂为主量子数、角量子数和磁量子数。第四个参数可能有两个区其它数值。于1925年,荷兰物理学家撒姆耳·高斯密特Samuel Abraham Goudsmit和乔治·乌伦贝克George Uhlenbeck提出了第四个参数所代表的物理机造。他们以为电子,除了运动轨域的角动量以表,也许会具有内正在的角动量,称为自旋,可能用来声明先前正在实习里,用高折柳率光谱仪观测到的奥密的谱线分开。这征象称为精巧组织分开。

  电子的质地呈现正在亚原子规模的很多根基规律里,可是因为粒子的质地极幼,直接衡量格表艰难。一个物理学家幼组降服了这些离间,得出了迄今为止最准确的电子质地衡量结果。

  将一个电子桎梏正在中空的碳原子核中,并将该合成原子放入了名为彭宁离子阱的匀称电磁场中。正在彭宁离子阱中,该原子起头呈现安宁频率的振荡。该研讨幼组欺骗微波射击这个被缉捕的原子,导致电子自旋上下翻转。通过将原子回旋运动的频率与自旋翻转的微波的频率举行比拟,研讨职员操纵量子电动力学方程取得了电子的质地。

  同时,反电子和正电子对也正在大领域地彼此湮灭对方,而且发射高能量光子。正在这短暂的宇宙演化阶段,电子,正电子和光子奋发地保卫着微妙的平均。可是,由于宇宙正正在疾捷地膨胀中,温度络续转凉,正在10秒钟时分,温度已降到30亿K,低于电子-正电子创生流程的温度底限100亿K。是以,光子不再拥有足够的能量来创生电子和正电子对,大领域的电子-正电子创生事宜不再产生。不过,反电子和正电子依旧络续不段地彼此湮灭对方,发射高能量光子。因为某些尚未确定的身分,正在轻子创生流程(英语:leptogenesis(physics))中,创生的正电子多于反电子。不然,假若电子数目与正电子数目相称,就没有电子了!约莫每10亿个电子中,会有一个正电子体验了湮灭流程而存留下来。不光如此,因为一种称为重子错误称性的处境,质子的数量也多过反质子。很巧地,正电子存留的数量跟正质子多过反质子的数量正好相称。是以,宇宙净电荷量为零,呈电中性。

  电子的运用规模良多,像电子束焊接、阴极射线管、电子显微镜、放射线调整、激光和粒子加快器等等。正在实习室里,周到的尖端仪器,像四极离子阱(英语:quadrupole ion trap),可能永恒间管理电子,以供旁观和衡量。大型托卡马克举措,像国际热核聚变实习响应堆,借着管理电子和离子等离子体,来告竣受控核聚变。无线电千里镜可能用来探测表太空的电子等离子体。

  正在一次美国国度航空航天局的风洞试验中,电子束射向航天飞机的迷你模子,模仿返回大气层时,航天飞机角落的游离气体。

  电子束科技,运用于焊接,称为电子束焊接。这焊接本领不妨将高达107W·cm 能量密度的热能,聚焦于直径为0.3~1.3mm的眇幼区域。操纵这本领,技工可能焊接更深重的物件,限定大个别热能于狭隘的区域,而不会蜕变邻近物质的材质。为了避免物质被氧化的也许性,电子束焊接务必正在真空内举行。不适合操纵大凡方式焊接的传导性物质,可能思索操纵电子束焊接。正在核子工程和航天工程里,有些高价钱焊接工件不行容忍任何缺陷。这时分,工程师时常会遴选操纵电子束焊接来杀青做事。

  本领操纵电子束来照耀物质。如此,可能蜕变物质的物理性子或灭除医疗物品和食物所含有的微生物。做为放射线疗法的一种,直线型加快器。造备的电子束,被用来照耀浅表性肿瘤。因为正在被招揽之前,电子束只会穿透有限的深度(能量为5~20MeV的电子束广泛可能穿透5cm的生物体),电子束疗法可能用来医疗像基究竟胞癌一类的皮肤病。电子束疗法也可能辅帮调整,已被X-射线照耀过的区域。

  粒子加快器操纵电场来增多电子或正子的能量,使这些粒子具有高能量。当这些粒子通过磁场时,它们会放射同步辐射。因为辐射的强度与自旋相合电子,因此酿成了电子束的偏振。这流程称为索克洛夫-特诺夫效应。良多实习都必要操纵偏振的电子束为粒子源。同步辐射也可能用来消浸电子束温度,节减粒子的动量差错。一当粒子到达恳求的能量,使电子束和正子束产生彼此碰撞与湮灭,这会惹起高能量辐射发射。探测这些能量的漫衍,物理学家可能研讨电子与正子碰撞与湮灭的物理作为。

  低能电子衍射本领(LEED)照耀准直电子束于晶体物质,然后凭据观测到的衍射图案,来推测物质组织。这本领所操纵的电子能量广泛正在20~200eV之间。反射高能电子衍射(RHEED))本领以低角度照耀准直电子束于晶体物质,然后收集反射图案,从而推测晶体表貌的原料。这本领所操纵的电子的能量正在8~20keV之间,入射角度为1~4°。

  电子显微镜将聚焦的电子束入射于样本。因为电子束与样本的彼此效力,电子的性子会有所蜕变,像转移目标、相对相位和能量。仔细地分解这些数据,即可取得折柳率为原子尺寸的样本影像。操纵蓝色光,大凡的光学显微镜的折柳率,因受到衍射限定,约莫为200nm;彼此比拟,电子显微镜的折柳率,则是受到电子的德布罗意波长限定,看待能量为100keV的电子,折柳率约莫为0.0037nm。像差改良穿透式电子显微镜。不妨将折柳率降到低于0.05nm,足够明了地观测部分原子。这才具使得电子显微镜成为,正在实习室里,高折柳率成像不成匮乏的仪器。可是,电子显微镜的代价高贵,调治不易;况且因为操作时,样品境况必要保卫真空,科学家无法观测活生物。

  电子显微镜首要分为两品种式:穿透式和扫描式。穿透式电子显微镜的操作道理好像高架式投影机,将电子束瞄准于样品切片发射,穿透过的电子再用透镜投影于底片或电荷耦合元件。扫描电子显微镜用聚焦的电子束扫描过样品,就似乎正在显示机内的光栅扫描。这两种电子显微镜的放大率可从100倍到1 000 000倍以至更高。运用量子隧穿效应,扫描地道显微镜将电子从犀利的金属针尖隧穿至样品表貌。为了要保卫安宁的电流,针尖会跟着样品表貌的凹凸而转移,如此即可取得折柳率为原子尺寸的样本表貌影像。

  自正在电子雷射将相对论性电子束通过一对波荡器。每一个波荡器是由一排瓜代目标的磁场的磁偶极矩构成。因为这些磁场的效力,电子会发射同步辐射;而这辐射会同调地与电子彼此效力。当频率成家共振频率时,会惹起辐射场的猛烈放大。自正在电子雷射不妨发射同调的高辐射率的电磁辐射,况且频域相当宽敞,从微波到软X-射线。不久的来日,这仪器可能运用于筑筑业、通信业和各样医疗用处,像软结构手术。电子[根基粒子之一]