Электрон: различия между версиями
[отпатрулированная версия] | [отпатрулированная версия] |
Содержимое удалено Содержимое добавлено
V1adis1av (обсуждение | вклад) |
V1adis1av (обсуждение | вклад) уточнение, оформление, стилевые правки |
||
Строка 4:
| имя = Электрон
| символ = <math>e, ~e^-</math>
| состав = [[фундаментальная частица]]
| семья = [[Фермион]]
| группа = [[Лептон]]
| взаимодействие = [[Гравитация|гравитационное]]<ref name="elementyGrav">''Иванов И.'' [http://elementy.ru/lib/430525 Удивительный мир внутри атомного ядра]:
| античастица = [[Позитрон]]
| масса = 9,10938356(11){{e|−31}} [[кг]]<ref name="CODATA allascii">[http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants — Complete Listing]. CODATA. NIST.</ref>,<br>
0,5109989461(31) [[Электронвольт|МэВ]]<ref name="CODATA allascii" />,<br>
5,48579909070(16){{e|-4}} [[Атомная единица массы|а.е.м.]]<ref name="CODATA allascii" />
| время_жизни = ∞ (не менее 6,6{{e|28}} лет<ref name=bx2015>{{статья|автор=Agostini M. et al. ([[Borexino]] Coll.)|заглавие=Test of Electric Charge Conservation with Borexino|издание=[[Physical Review Letters]]|год=2015|том=115 |выпуск=23|страницы=231802|ссылка=http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.115.231802|doi=10.1103/PhysRevLett.115.231802|arxiv=1509.01223|язык=en}}</ref><ref>{{статья|автор=Back H. O. et al. ([[Borexino]] Coll.)|заглавие=Search for electron decay mode {{math|''e'' → γ + ν}} with prototype of Borexino detector|издание=Phys. Lett. B|год=2002|том=525|выпуск=1—2 |страницы=29—40|doi=10.1016/S0370-2693(01)01440-X|arxiv=|bibcode=2002PhLB..525...29B|язык=en}}</ref>)
| электрический_заряд = −1,6021766208(98){{e|−19}} [[Кулон|Кл]]<ref name="CODATA allascii" />
| лептонное_число = +1
Строка 30 ⟶ 21 :
| магнитный_момент = −9,274009994(57){{e|−24}} [[Джоуль|Дж]]/[[Тл]]
}}
'''Электро́н''' (от {{lang-grc|ἤλεκτρον}} — [[янтарь]]<ref>Также то же, что и [[электрум]]: «янтарного цвета сплав золота (80 %) с серебром (20 %)» (''Черных П. Я.'' Историко-этимологический словарь).</ref>) — [[стабильные элементарные частицы|стабильная]] отрицательно [[электрический заряд|заряженная]] [[элементарная частица]]. Считается [[Фундаментальная частица|фундаментальной]] (не имеющей, насколько это известно, составных частей) и является одной из основных структурных единиц вещества. Классифицируется как [[фермион]] (обладает [[спин]]ом, равным ½) и как [[лептон]]. Единственный (наравне со своей античастицей — [[позитрон]]ом) из известных заряженных лептонов, являющийся стабильным. Электроны образуют [[Атомная орбиталь|электронные оболочки]] [[атом]]ов, строение которых определяет большинство оптических, электрических, магнитных, механических, [[химические свойства|химических свойств]] вещества<ref>{{
== Свойства ==
Строка 36 ⟶ 27 :
: <math>{m_e}=9,10938356(11)~{\cdot}~10^{-31}</math> кг<ref name="CODATA allascii" /> — масса электрона.
: <math>{e_0}=-1,6021766208(98)~{\cdot}~10^{-19}</math> Кл<ref name="CODATA allascii" /> — заряд электрона.
: <math>{\frac{e_0}{m_e}}=-1,758820024(11)~{\cdot}~10^{11}</math> Кл/кг<ref name="CODATA allascii" /> — удельный заряд электрона.
: <math>s={\frac{1}{2}}</math> — [[спин]] электрона в единицах [[постоянная Дирака|<math>\hbar.</math>]]
В отличие от большинства других известных науке частиц, электрон стабилен (более точно, в пределах чувствительности эксперимента его [[Время жизни квантовомеханической системы|время жизни]] не менее {{nobr|6,6{{e|28}} лет}} с 90%-й [[Доверительный интервал|доверительной вероятностью]]<ref name=bx2015/>). Распаду свободного электрона на [[нейтрино]] и [[фотон]]ы препятствует [[закон сохранения электрического заряда]], а распаду на другие элементарные частицы препятствует [[закон сохранения энергии]].
Современная наука рассматривает электрон как [[Фундаментальная частица|фундаментальную элементарную частицу]], не обладающую структурой и размерами<ref>
[[Внутренняя чётность]] электрона равна 1.{{sfn|Широков|с=67|1972}} Электрон участвует в [[Слабое взаимодействие|слабом]], [[Электромагнитное взаимодействие|электромагнитном]] и [[Гравитация|гравитационном]] взаимодействиях. Примерами участия электрона в [[слабое взаимодействие|слабых взаимодействиях]] являются [[бета-распад]] и [[электронный захват]]. Он принадлежит к группе [[лептон]]ов и является (вместе со своей античастицей, [[позитрон]]ом) легчайшим из заряженных лептонов и легчайшей элементарной частицей, имеющей электрический заряд. До открытия массы [[нейтрино]] электрон считался наиболее лёгкой из массивных частиц — его масса примерно в 1836 раз меньше массы [[протон]]а. [[Спин]] электрона равен {{frac|1|2}}, и, таким образом, электрон относится к [[фермион]]ам.
Как и любая заряженная частица со спином, электрон обладает [[Магнитный момент|магнитным моментом]], причём магнитный момент делится на [[Магнетон Бора|нормальную часть]] и [[аномальный магнитный момент]]. В 1989
Иногда к электронам относят как собственно электроны, так и [[позитрон]]ы (например, рассматривая их как общее электрон-позитронное поле, решение [[уравнение Дирака|уравнения Дирака]]), особенно в тех задачах, когда их общие свойства более существенны, чем различия. При таком выборе терминов отрицательно заряженный электрон называют<ref>По предложению [[Андерсон, Карл Дейвид|Карла Андерсона]], открывшего позитрон в 1932 году.</ref> негатроном<ref>{{статья|автор=Beuermann K. P. et al.|заглавие=Cosmic-Ray Negatron and Positron Spectra Between 12 and 220 MeV|издание=Phys. Rev. Lett.|volume=22|pages=412—415|год=1969|doi=10.1103/PhysRevLett.22.412}}<br>{{статья|автор=Ejiri H. |заглавие=Difference between Log ''ft'' Values of Negatron Decays and Positron Decays from Odd-Odd Nuclei to Even-Even Nuclei|издание=J. Phys. Soc. Jpn.|volume=22|год=1967|pages=360—367 |doi=10.1143/JPSJ.22.360}}<br>Из статьи {{статья|автор=Skibo J. G., Ramaty R. |заглавие=Primary and Secondary Cosmic Ray Positrons and Electrons|издание=23rd International Cosmic Ray Conference|volume=2|pages=132—135|год=1993|bibcode=1993ICRC....2..132S}}: «Hereafter, the term electron will refer to positrons and negatrons».</ref>, положительно заряженный — позитроном.
Строка 59 ⟶ 47 :
Благодаря своей малой массе электроны вследствие [[туннельный эффект|туннельного эффекта]] с лёгкостью проникают через потенциальные барьеры высотой в несколько электрон-вольт и толщиной примерно до десятка атомных диаметров. Явлением туннельного эффекта для электронов объясняется то, что электрический ток может протекать между металлическим электродом и ионами раствора или между двумя металлами, находящимися в контакте, несмотря на то, что поверхность металла обычно покрыта слоями окисла или загрязнена<ref>''[[Мотт, Невилл Франсис|Мотт Н.]], [[Снеддон, Иан|Снеддон И.]]'' Волновая механика и её применения. — М.: [[Наука (издательство)|Наука]], 1966. — Тираж 9400 экз. — С. 30</ref>.
Отношение [[электрический заряд|электрического заряда]] к массе для электрона во много раз превышает аналогичное отношение для любой другой элементарной частицы или системы частиц. Электроны можно получать из твёрдых тел относительно легко по сравнению с любыми другими частицами. Эти два обстоятельства лежат в основе многочисленных применений электронов в электровакуумных приборах<ref>''Спроул Р.'' Современная физика. — М.: [[Наука (издательство)|Наука]], 1974. — Тираж
== Этимология и история открытия ==
{{Таблица элементарных частиц|440}}
Название «электрон» происходит от греческого слова {{lang-grc2|ἤλεκτρον}}, означающего «[[янтарь]]»: ещё в древней Греции естествоиспытателями проводились эксперименты — куски янтаря тёрли шерстью, после чего те начинали притягивать к себе мелкие предметы. Термин «электрон» как название фундаментальной неделимой единицы заряда в [[электрохимия|электрохимии]] был предложен<ref>{{статья|автор=Stoney
В соответствии с этим электроны, подобно свету, могут испытывать [[Интерференция (физика)|интерференцию]] и [[дифракция электронов|дифракцию]]. Волновые свойства электронов были экспериментально обнаружены в [[1927 год]]
▲В соответствии с этим электроны, подобно свету, могут испытывать [[Интерференция (физика)|интерференцию]] и [[дифракция электронов|дифракцию]]. Волновые свойства электронов были экспериментально обнаружены в [[1927]] году американскими физиками [[Дэвиссон, Клинтон Джозеф|К. Дэвиссоном]] и [[Джермер, Лестер Хэлберт|Л. Джермером]] ([[Опыт Дэвиссона — Джермера]]) и независимо английским физиком [[Томсон, Джордж Паджет|Дж. П. Томсоном]]<ref>''[[Томсон, Джордж Паджет|Томсон Г. П.]]'' Семидесятилетний электрон // [[УФН]]. — 1968. — № 2. — С. 361—370. — ISSN 1996-6652. — URL: http://ufn.ru/ru/articles/1968/2/f/</ref><ref>''[[Томсон, Джордж Паджет|Томсон Г. П.]]'' Ранний этап изучения дифракции электронов // [[УФН]]. — 1969. — № 11. — С. 455—468. — ISSN 1996-6652. — URL: http://ufn.ru/ru/articles/1969/11/d/</ref>.
== Использование ==
Строка 75 ⟶ 61 :
В большинстве источников низкоэнергетичных электронов используются явления [[термоэлектронная эмиссия|термоэлектронной эмиссии]] и [[фотоэлектронная эмиссия|фотоэлектронной эмиссии]]. Высокоэнергетичные, с энергией от нескольких [[кэВ]] до нескольких [[МэВ]], электроны излучаются в процессах [[бета-распад]]а и [[внутренняя конверсия|внутренней конверсии]] радиоактивных ядер. Электроны, излучаемые в бета-распаде, иногда называют бета-частицами или бета-лучами. Источниками электронов с более высокой энергией служат [[ускорители заряженных частиц|ускорители]].
Движение электронов в [[металл]]ах и [[полупроводник]]ах позволяет легко переносить энергию и управлять ею. Это явление ([[электрический ток]]) является одной из основ современной цивилизации и используется практически повсеместно в промышленности, связи, информатике, электронике, в быту. Скорость дрейфа электронов в проводниках крайне мала ({{nobr|~0,1—1 мм/с}}), однако электрическое поле распространяется со [[Скорость света|скоростью света]]. В связи с этим ток во всей цепи устанавливается практически мгновенно.
Пучки электронов, ускоренные до больших энергий, например, в [[линейный ускоритель|линейных ускорителях]], являются одним из основных средств изучения строения атомных ядер и природы элементарных частиц. Более прозаическим применением [[электронный луч|электронных лучей]] являются [[телевизор]]ы и [[Монитор (устройство)|мониторы]] с электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ) — [[кинескоп]]ами. [[Электронный микроскоп]] также использует способность электронных пучков подчиняться законам [[электронная оптика|электронной оптики]]. Ещё ускоренные электронные лучи применяются для создания [[Рентгеновское излучение|рентгеновского излучения]]: при попадании электронного пучка в металлическую мишень происходит рассеяние электронов на электростатическом поле атомных ядер и электронов и генерация [[Тормозное излучение|тормозного излучения]]. До изобретения [[транзистор]]ов практически вся [[радиотехника]] и [[электроника]] были основаны на вакуумных [[электронные лампы|электронных лампах]], где применяется управление движением электронов в вакууме электрическими (иногда и магнитными) полями. [[Вакуумные электронные приборы|Электровакуумные приборы (ЭВП)]] продолжают ограниченно использоваться и в наше время. Наиболее распространённые применения — [[магнетрон]]ы в генераторах [[микроволновая печь|микроволновых печей]] и вышеупомянутые электронно-лучевые трубки в телевизорах и мониторах.
Электронные пучки используются в устройствах для очистки [[дым]]овых газов<ref name="NKJ201710A">{{статья |автор=Екатерина Зубкова|заглавие=[https://www.nkj.ru/archive/articles/32261/ БИНТИ Ускорители для очистки дымовых газов электростанций]|издание=[[Наука и жизнь]] |год=2017 |номер=10 |страницы=
== Электрон как квазичастица ==
Если электрон находится в [[Частица в периодическом потенциале|периодическом потенциале]], его движение рассматривается как движение [[квазичастица|квазичастицы]]<ref name="Kittel">
== Электрон и Вселенная ==
Через сотую долю секунды после [[Большой взрыв|Большого взрыва]] Вселенная состояла из смеси электронов, позитронов, нейтрино, фотонов, протонов
Известно<ref>{{статья|автор =
|страницы =
Электрический заряд электрона, постоянная Планка и скорость света определяют [[постоянная тонкой структуры|постоянную тонкой структуры]], определяющую интенсивность электромагнитных взаимодействий: <math>\alpha = \frac{e^2}{\hbar c} \approx \frac{1}{137}</math>.
Масса электрона, электрический заряд электрона и постоянная Планка определяют характерный размер атомов ([[
Радиоизлучение радиогалактик и пульсаров объясняется [[синхротронное излучение|синхротронным излучением]] электронов в магнитных полях около этих объектов. Доля электронов с энергией, превышающей
[[Сжимаемость электронного газа|Давление вырожденного]] [[Электронный газ|электронного газа]] играет важную роль на заключительном этапе эволюции звёзд. Звёзды с массой меньше [[Предел Чандрасекара|чандрасекаровского предела]] после охлаждения стабилизируются давлением вырожденного электронного газа и превращаются в [[Белый карлик|белые карлики]]. В звёздах с большей массой атомные ядра захватывают электроны и распадаются на нейтроны ([[нейтронная звезда]]){{sfn|Широков|с=552|1972}}. [[Ядерные реакции]] с участием электронов и позитронов играют важную роль при взрывах [[Сверхновая звезда|сверхновых звёзд]]{{sfn|Широков|с=558|1972}}.
С электроном связаны несколько физических величин, имеющих размерность длины<ref>{{книга | автор = [[Щёлкин, Кирилл Иванович|Щёлкин К. И.]] | заглавие = Физика микромира | место = М. | издательство = Атомиздат | год = 1965 | страниц = 230 | isbn = | ref = Щёлкин }}</ref>:
* [[комптоновская длина волны]] электрона <math>\lambda = \frac {2 \pi \hbar}{m c} \approx 2,4 \cdot 10^{-10}</math> см;
Строка 104 ⟶ 90 :
* [[гравитационный радиус]] электрона <math>r = \frac{2 G m}{c^2} \approx 1,35 \cdot 10^{-55}</math> см.
Все электроны во Вселенной абсолютно одинаковы по своим свойствам. Если обозначить величину электрического заряда электрона как <math>e</math>, то электрические заряды всех известных элементарных частиц, за исключением кварков, равны <math>\pm e, 0</math>, а электрические заряды кварков равны <math>\pm \frac{1}{3}e, \pm \frac{2}{3}e</math>. Масса электрона резко выделяется в распределении известных элементарных частиц по массам<ref>{{книга|автор=[[Розенталь, Иосиф Леонидович|Розенталь И. Л.]], Архангельская И.
Если бы масса электрона превышала разность масс нейтрона и протона, то химический состав Вселенной изменился бы коренным образом. В ней отсутствовал бы водород, а следовательно, звёзды в их обычном понимании, жизнь и разум. Поэтому, возможно, малая масса электрона обусловлена [[Антропный принцип|антропным принципом]]<ref>{{книга | автор = [[Новиков, Игорь Дмитриевич|Новиков И. Д.]] | заглавие = Как взорвалась Вселенная | место = М. | издательство = Наука | год = 1988 | страниц = 141 | isbn = 5-02-013881-9 | ref = Новиков}}</ref>.
Если бы электрон имел целый спин, то [[принцип Паули]] бы для него не выполнялся. Как следствие, во всех атомах [[принцип Паули#Строение атомов и принцип Паули|отсутствовали бы электронные оболочки]], и все атомы были бы химически инертны. Во Вселенной отсутствовали бы молекулы, химические соединения и жизнь, подобная нашей.{{нет АИ|25|11|2018}}
Строка 112 ⟶ 98 :
== Орбиталь ==
{{main|Орбиталь}}
Для описания [[атом]]ных и [[Молекула|молекулярных]] многоэлектронных систем вместо точного решения [[Уравнение Шрёдингера|уравнения Шрёдингера]] приходится обращаться к тем или иным [[Аппроксимация|приближениям]], одним из которых является одноэлектронное или (другое название) — орбитальное. В его основе лежит представление о существовании индивидуальных состояний каждого электрона, которые представляют собой стационарные состояния движения электрона в некотором эффективном [[Поле (физика)|поле]], создаваемом [[Атомное ядро|ядром]] (или ядрами) и всеми остальными электронами. Эти стационарные состояния описываются соответствующими одноэлектронными функциями{{sfn|Дмитриев, Электрон глазами химика|1986|с=65}} — орбиталями.
== Электрон в произведениях искусства ==
* [[Брюсов, Валерий Яковлевич|В. Брюсов]] посвятил электрону
== См. также ==
Строка 132 ⟶ 117 :
* [[Электронное облако]]
{{конец кол}}
== Примечания ==
{{примечания|2}}
Строка 137 ⟶ 123 :
== Литература ==
* Все известные свойства электрона систематизированы в обзоре Particle Data Group [http://pdg.lbl.gov/2012/listings/rpp2012-list-electron.pdf]{{ref-en}}.
* ''[[Бронштейн, Матвей Петрович|
* {{книга|автор=Дмитриев И.С. |заглавие = Электрон глазами химика |ответственный = 2-е изд., испр. |место= Л. |издательство= Химия |год= 1986 |страниц = 225 |ref=Дмитриев, Электрон глазами химика}}
* {{книга | автор = [[Широков, Юрий Михайлович|Широков Ю. М.]], [[Юдин, Николай Прокофьевич|Юдин Н. П.]] | заглавие = Ядерная физика | место = М. | издательство = Наука | год = 1972 | страниц = 670 | isbn = | ref = Широков}}
|