Elektroni on negatiivisesti varautunut alkuainehiukkanen, joka kuuluu leptonien luokkaan (katso Alkuainehiukkaset), pienimmän tällä hetkellä tunnetun massan ja luonnon pienimmän sähkövarauksen kantaja. Löysi vuonna 1897 englantilainen tiedemies J. J. Thomson.

Elektroni on olennainen osa atomia, elektronien lukumäärä neutraalissa atomissa on yhtä suuri kuin atomiluku, eli protonien lukumäärä ytimessä.

Ensimmäiset tarkat mittaukset elektronin sähkövarauksesta suoritettiin vuosina 1909-1913. Amerikkalainen tiedemies R. Milliken. Alkuainevarauksen itseisarvon nykyarvo on SGSE-yksikköä tai noin C. Uskotaan, että tämä varaus on todella "alkea", eli sitä ei voida jakaa osiin, ja minkä tahansa esineen varaukset ovat sen kokonaislukukertoja.

Olet ehkä kuullut kvarkeista, joissa on sähkövarauksia, mutta ilmeisesti ne ovat tiukasti lukittuina hadroneihin eivätkä ole olemassa vapaassa tilassa. Yhdessä Planckin vakion h ja valonnopeuden c kanssa alkuainevaraus muodostaa dimensiottoman vakion = 1/137. Hienorakennevakio on yksi kvanttielektrodynamiikan tärkeimmistä parametreista, se määrittää sähkömagneettisten vuorovaikutusten intensiteetin (tarkin nykyarvo = 0,000015).

Elektronin massa g (energiayksiköissä). Jos energian ja sähkövarauksen säilymislakit ovat päteviä, elektronin kaikki hajoamiset, kuten jne., ovat kiellettyjä, joten elektroni on stabiili; Kokeellisesti havaittiin, että sen käyttöikä on vähintään vuosia.

Vuonna 1925 amerikkalaiset fyysikot S. Goudsmit ja J. Uhlenbeck esittelivät elektronin sisäisen kulmamomentin - spin(s) - selittääkseen atomispektrien piirteitä. Elektronin spin on yhtä suuri kuin puolet Planckin vakiosta, mutta fyysikot sanovat yleensä yksinkertaisesti, että elektronien spin on = 1/2. Elektronin spiniin liittyy sen oma magneettinen momentti. Erg/G:n arvoa kutsutaan Bohrin magnetoniksi MB (tämä on atomi- ja ydinfysiikassa hyväksytty magneettisen momentin mittayksikkö; tässä h on Planckin vakio ja m on elektronin varauksen ja massan itseisarvo , c on valon nopeus); numeerinen kerroin on elektronin -kerroin. Diracin (1928) kvanttimekaanisesta relativistisesta yhtälöstä seurasi arvo, eli elektronin magneettisen momentin tulisi olla täsmälleen yhtä Bohrin magnetonia.

Kuitenkin vuonna 1947 kokeissa havaittiin, että magneettinen momentti on noin 0,1 % suurempi kuin Bohrin magnetoni. Tälle tosiasialle annettiin selitys ottamalla huomioon tyhjiön polarisaatio kvanttielektrodynamiikassa. Erittäin työvoimavaltaisilla laskelmilla saatiin teoreettinen arvo (0,000000000148), jota voidaan verrata nykyaikaisiin (1981) kokeellisiin tietoihin: elektronille ja positronille (0,000000000050).

Arvot lasketaan ja mitataan kahdentoista desimaalin tarkkuudella, ja kokeellisen työn tarkkuus on korkeampi kuin teoreettisten laskelmien tarkkuus. Nämä ovat hiukkasfysiikan tarkimmat mittaukset.

Kvanttimekaniikan yhtälöitä noudattavan elektronien liikkeen erityispiirteet atomeissa määräävät aineiden optiset, sähköiset, magneettiset, kemialliset ja mekaaniset ominaisuudet.

Elektronit osallistuvat sähkömagneettiseen, heikkoon ja gravitaatiovuorovaikutukseen (katso luonnonvoimien yhtenäisyys). Siten sähkömagneettisen prosessin seurauksena elektronin ja positronin tuhoutuminen tapahtuu kahden -kvantin muodostuessa: . Korkeaenergiset elektronit ja positronit voivat myös osallistua muihin sähkömagneettisen tuhoamisen prosesseihin muodostamalla hadroneja: hadroneja. Nyt tällaisia ​​reaktioita tutkitaan intensiivisesti lukuisissa kiihdyttimissä törmäyssäteiden avulla (katso Varautuneiden hiukkasten kiihdyttimet).

Elektronien heikkoja vuorovaikutuksia esiintyy esimerkiksi prosesseissa, joissa pariteetti rikkoo (katso Pariteetti) atomispektreissä tai elektronien ja neutriinojen välisissä reaktioissa.

Elektronin sisäisestä rakenteesta ei ole tietoa. Nykyaikaiset teoriat perustuvat käsitykseen leptoneista pistehiukkasina. Tämä on nyt todennettu kokeellisesti cm:n etäisyyksiin saakka. Uutta tietoa voi ilmaantua vasta, kun hiukkasten törmäysenergia kasvaa tulevissa kiihdyttimissä.

Tiedetään, että elektroneilla on negatiivinen varaus. Mutta kuinka voi olla varma, että elektronin massa ja sen varaus ovat vakioita kaikille näille hiukkasille? Voit tarkistaa tämän vain nappaamalla sen lennossa. Pysähtyessään hän eksyy laboratoriolaitteiston muodostavien molekyylien ja atomien joukkoon. Mikrokosmosen ja sen hiukkasten ymmärtäminen on edennyt pitkän tien: ensimmäisistä primitiivisistä kokeista viimeisimpään kokeellisen atomifysiikan kehitykseen.

Ensimmäiset tiedot elektroneista

Sataviisikymmentä vuotta sitten elektroneja ei tunnettu. Ensimmäinen signaali, joka osoitti sähkön "rakennuspalikoiden" olemassaoloa, olivat elektrolyysikokeet. Kaikissa tapauksissa jokaisessa varautuneessa ainehiukkasessa oli vakio sähkövaraus, jolla oli sama arvo. Joissakin tapauksissa maksun määrä kaksin- tai kolminkertaistui, mutta pysyi aina yhden vähimmäisveloitussumman kerrannaisena.

J. Thompsonin kokeet

Cavendishin laboratoriossa J. Thomson suoritti kokeen, joka todella osoitti sähköhiukkasten olemassaolon. Tätä varten tiedemies tutki katodiputkista tulevaa säteilyä. Kokeessa säteet karkotettiin negatiivisesti varautuneelta levyltä ja vetivät puoleensa positiivisesti varautunutta. Hypoteesi tiettyjen sähköhiukkasten jatkuvasta läsnäolosta sähkökentässä vahvistui. Niiden liikenopeus oli verrattavissa valonnopeuteen. Sähkövaraus hiukkasen massan suhteen osoittautui uskomattoman suureksi. Havainnoistaan ​​Thompson teki useita johtopäätöksiä, jotka myöhemmin vahvistivat muut tutkimukset.

Thompsonin johtopäätökset

1. Atomit voivat hajota, kun nopeammat hiukkaset pommittavat niitä. Samaan aikaan negatiivisesti varautuneita soluja pakenee atomien keskeltä.
2. Kaikilla varautuneilla hiukkasilla on sama massa ja varaus riippumatta aineesta, josta ne on johdettu.
3. Näiden hiukkasten massa on paljon pienempi kuin kevyimmän atomin massa.
4. Jokaisessa aineen hiukkasessa on pienin mahdollinen osa sähkövarauksesta, jota pienempää ei ole luonnossa. Mikä tahansa varautunut kappale kantaa kokonaismäärän elektroneja.

Yksityiskohtaiset kokeet mahdollistivat salaperäisten mikrohiukkasten parametrien laskemisen. Tuloksena todettiin, että avoimet varautuneet solut ovat jakamattomia sähköatomeja. Myöhemmin heille annettiin nimi elektronit. Se tuli muinaisesta Kreikasta ja osoittautui sopivaksi kuvaamaan äskettäin löydettyä hiukkasta.

Elektronin nopeuden suora mittaus

Koska elektronia ei ole mahdollista nähdä, tämän alkuainehiukkasen perusmäärien mittaamiseen tarvittavat kokeet suoritetaan sähkömagneettisten ja gravitaatiokenttien avulla. Jos ensimmäinen vaikuttaa vain elektronin varaukseen, niin hienovaraisten kokeiden avulla, ottaen huomioon gravitaatiovaikutuksen, oli mahdollista laskea likimääräisesti elektronin massa.

Elektronitykki

Ensimmäiset elektronien massojen ja varausten mittaukset tehtiin elektronitykillä. Syvä tyhjiö aseen rungossa mahdollistaa elektronien ryntämisen kapeassa säteessä katodilta toiselle.

Elektronit pakotetaan kulkemaan kapeiden reikien läpi kahdesti vakionopeudella v. Tapahtuu samanlainen prosessi kuin puutarhaletkusta tuleva virta, joka menee aidan reikään. Osa elektroneista lentää putkea pitkin vakionopeudella. On kokeellisesti todistettu, että jos elektronitykkiin syötetty jännite on 100 V, niin elektronin nopeudeksi lasketaan 6 miljoonaa m/s.

Kokeelliset löydökset

Elektronin nopeuden suora mittaus osoittaa, että riippumatta siitä, mistä materiaaleista ase on valmistettu ja mikä on potentiaaliero, suhde e/m = const pätee.

Tämä johtopäätös tehtiin jo 1900-luvun alussa. Tuolloin he eivät vielä osaneet luoda homogeenisiä varautuneiden hiukkasten säteitä, kokeisiin käytettiin muita laitteita, mutta tulos pysyi samana. Kokeilu antoi meille mahdollisuuden tehdä useita johtopäätöksiä. Elektronin varauksen suhde sen massaan on sama arvo elektroneille. Tämä mahdollistaa johtopäätöksen elektronin universaalisuudesta minkä tahansa aineen komponenttina maailmassamme. Erittäin suurilla nopeuksilla e/m:n arvo osoittautuu odotettua pienemmäksi. Tämä paradoksi selittyy täysin sillä, että suurilla valonnopeuteen verrattavissa olevilla nopeuksilla hiukkasen massa kasvaa. Lorentzin muunnosten rajaehdot osoittavat, että kun kappaleen nopeus on yhtä suuri kuin valon nopeus, tämän kappaleen massa muuttuu äärettömäksi. Elektronimassan huomattava kasvu tapahtuu täysin suhteellisuusteorian mukaisesti.

Elektroni ja sen lepomassa

Paradoksaalinen johtopäätös, jonka mukaan elektronin massa ei ole vakio, johtaa useisiin mielenkiintoisiin johtopäätöksiin. Normaalitilassa elektronin lepomassa ei muutu. Sitä voidaan mitata erilaisten kokeiden perusteella. Tällä hetkellä elektronin massa on mitattu toistuvasti ja se on 9,10938291(40)·10⁻³¹ kg. Elektronit, joilla on tällainen massa, osallistuvat kemiallisiin reaktioihin, muodostavat sähkövirran liikkeen, ja ne vangitaan tarkimmilla ydinreaktioita tallentavilla instrumenteilla. Tämän arvon huomattava lisäys on mahdollista vain lähellä valonnopeutta.

Elektronit kiteissä

Kiinteän olomuodon fysiikka on tiedettä, joka tekee havaintoja varautuneiden hiukkasten käyttäytymisestä kiteissä. Lukuisten kokeiden tuloksena syntyi erityinen suure, joka luonnehtii elektronin käyttäytymistä kiteisten aineiden voimakentissä. Tämä on niin sanottu elektronin efektiivinen massa. Sen arvo lasketaan sen perusteella, että elektronin liikkumiseen kiteessä kohdistuu lisävoimia, joiden lähde on itse kidehila. Tällaista liikettä voidaan kuvata vakiona vapaalle elektronille, mutta laskettaessa tällaisen hiukkasen liikemäärää ja energiaa ei tulisi ottaa huomioon elektronin lepomassaa, vaan tehollinen, jonka arvo on erilainen.

Kiteessä olevan elektronin liikemäärä

Minkä tahansa vapaan hiukkasen tilaa voidaan luonnehtia sen liikemäärän suuruudella. Koska liikemäärän arvo on jo määritetty, niin epävarmuusperiaatteen mukaan hiukkasen koordinaatit näyttävät olevan epäselviä läpi kiteen. Todennäköisyys kohdata elektroni missä tahansa kidehilan kohdassa on lähes sama. Elektronin liikemäärä kuvaa sen tilaa missä tahansa energiakentän koordinaatissa. Laskelmat osoittavat, että elektronin energian riippuvuus liikemäärästään on sama kuin vapaan hiukkasen, mutta samalla elektronin massa voi saada tavanomaisesta poikkeavan arvon. Yleensä liikemääränä ilmaistu elektronienergia on muotoa E(p)=p 2 /2m*. Tässä tapauksessa m* on elektronin tehollinen massa. Tehollisen elektronimassan käytännön soveltaminen on erittäin tärkeää uusien elektroniikassa ja mikroteknologiassa käytettävien puolijohdemateriaalien kehittämisessä ja tutkimuksessa.

Elektronin massaa, kuten minkään muun kvasihiukkasen, ei voida luonnehtia universumiimme sopivilla standardiominaisuuksilla. Mikä tahansa mikrohiukkasen ominaisuus voi yllättää ja kyseenalaistaa kaikki ajatuksemme ympäröivästä maailmasta.

Tällä termillä on muita merkityksiä, katso Elektroni (merkityksiä). "Electron 2" "Electron" on sarja neljästä Neuvostoliiton keinotekoisesta maasatelliitista, jotka laukaistiin vuonna 1964. Tarkoitus ... Wikipedia

Elektroni- (Novosibirsk, Venäjä) Hotelliluokka: 3 tähden hotelli Osoite: 2nd Krasnodonsky Lane ... Hotelliluettelo

ELEKTRONI- (symboli e, e), ensimmäinen elementti. h tsa löydetty fysiikasta; mater. pienimmän massan ja pienimmän sähkötehon kantaja. lataus luonnossa. E. atomien komponentti; niiden numero neutr. atomi on yhtä kuin at. numero, eli protonien lukumäärä ytimessä. Varaus (e) ja massa...... Fyysinen tietosanakirja

Elektroni- (Moskova, Venäjä) Hotelliluokka: 2 tähden hotelli Osoite: Andropov Avenue 38 building 2 ... Hotelliluettelo

Elektroni- (e, e) (kreikan kielestä elektron amber; kitkan avulla helposti sähköistyvä aine), stabiili alkuainehiukkanen, jonka sähkövaraus on negatiivinen e=1,6´10 19 C ja massa 9´10 28 g. leptonien luokkaan. Löysi englantilainen fyysikko...... Kuvitettu tietosanakirja

ELEKTRONI- (e e), stabiili negatiivisesti varautunut alkuainehiukkanen, jonka spin 1/2, massa n. 9,10 28 g ja magneettimomentti yhtä suuri kuin Bohrin magnetoni; kuuluu leptoneihin ja osallistuu sähkömagneettisiin, heikkoihin ja gravitaatiovuorovaikutuksiin....

ELEKTRONI- (nimitys e), stabiili ALKUPERÄINEN HIUKKA, jolla on negatiivinen varaus ja jonka lepomassa on 9,1310 31 kg (joka on 1/1836 PROTONIN massasta). Englantilainen fyysikko Joseph Thomson löysi elektronit vuonna 1879. He liikkuvat YDINTÄ, ... ... Tieteellinen ja tekninen tietosanakirja

elektroni- substantiivi, synonyymien lukumäärä: 12 deltaelektronia (1) leptoni (7) mineraali (5627) ... Synonyymien sanakirja

ELEKTRONI- Neuvostoliitossa luotu keinotekoinen maasatelliitti tutkimaan säteilyvöitä ja Maan magneettikenttää. Ne laukaistiin pareittain, toinen säteilyvyöhykkeiden alla olevaa lentorataa pitkin ja toinen säteilyvyöhykkeiden yläpuolella. Vuonna 1964 laukaistiin 2 paria elektroneja... Suuri Ensyklopedinen sanakirja

ELEKTRONI- ELECTRON, ELECTRON, aviomies. (Kreikka elektroninen keltainen). 1. Pienimmän negatiivisen sähkövarauksen omaava hiukkanen, joka muodostaa atomin yhdessä protonin kanssa (fyysinen). Elektronien liike synnyttää sähkövirran. 2. vain yksiköt. Kevyt magnesiumseos,...... Ushakovin selittävä sanakirja

ELEKTRONI- ELECTRON, a, m. (erityinen). Alkuainehiukkanen, jolla on vähiten negatiivinen sähkövaraus. Ožegovin selittävä sanakirja. SI. Ožegov, N. Yu. Shvedova. 1949 1992… Ožegovin selittävä sanakirja

Kirjat

• Elektroni. Avaruuden energia, Landau Lev Davidovich, Kitaigorodsky Alexander Isaakovich. Nobel-palkinnon saaneiden Lev Landaun ja Alexander Kitaigorodskyn kirjat ovat tekstejä, jotka kumoavat yleisen käsityksen ympäröivästä maailmasta. Useimmat meistä kohtaavat jatkuvasti... Osta hintaan 491 RUR
• Electron Space Energy, Landau L., Kitaigorodsky A.. Nobel-palkinnon voittajan Lev Landaun ja Alexander Kitaigorodskyn kirjat ovat tekstejä, jotka kumoavat filistealaisen käsityksen ympäröivästä maailmasta. Useimmat meistä kohtaavat jatkuvasti...

Thomson mittasi ensimmäisenä elektronin ominaisvarauksen (eli suhteen) vuonna 1897 käyttämällä kuvassa 1 esitettyä purkausputkea. 74.1. Anodin A reiästä ulos tuleva elektronisäde (katodisäteet; katso § 85) kulki litteän kondensaattorin levyjen välissä ja osui fluoresoivaan näyttöön muodostaen siihen valopisteen.

Kytkemällä jännitettä kondensaattorilevyihin pystyttiin vaikuttamaan säteeseen lähes tasaisella sähkökentällä. Putki asetettiin sähkömagneetin napojen väliin, jonka avulla oli mahdollista luoda sähköiseen nähden kohtisuorassa yhtenäinen magneettikenttä samalle elektronipolun osuudelle (tämän kentän alue on ympyröity kuvassa 74.1 katkoviivalla). Kun kentät sammutettiin, säde osui näyttöön pisteessä O. Jokainen kentistä erikseen aiheutti säteen siirtymisen pystysuunnassa. Siirtymäarvot määritetään edellisessä kappaleessa saaduilla kaavoilla (73.3) ja (73.4).

Kytkemällä magneettikenttä päälle ja mittaamalla sen aiheuttaman säteen jäljen siirtymä

Thomson käynnisti myös sähkökentän ja valitsi sen arvon siten, että säde osui jälleen pisteeseen O. Tässä tapauksessa sähkö- ja magneettikentät vaikuttivat säteen elektroneihin samanaikaisesti yhtäläisin mutta vastakkaisin voimin. Tässä tapauksessa ehto täyttyi

Ratkaisemalla yhtälöt (74.1) ja (74.2) yhdessä, Thomson laski .

Bush käytti magneettista fokusointimenetelmää elektronien ominaisvarauksen määrittämiseen. Tämän menetelmän olemus on seuraava. Oletetaan, että tasaisessa magneettikentässä tietystä pisteestä lentää ulos hieman hajaantuva, kentän suuntaan nähden symmetrinen elektronisäde, jolla on sama nopeus v. Elektronien emittoitumissuunnat muodostavat pieniä kulmia a suunnan B kanssa. § 72:ssa todettiin, että elektronit liikkuvat tässä tapauksessa spiraalireittejä pitkin ja päättyvät samassa ajassa

täysi kierros ja siirtyminen kentän suunnassa etäisyydellä, joka on yhtä suuri kuin

Kulman a pienuudesta johtuen etäisyydet (74.3) eri elektroneille osoittautuvat käytännössä samoiksi ja yhtäläisiksi (pienillä kulmilla). Tämän seurauksena hieman poikkeava säde fokusoituu pisteeseen, joka sijaitsee etäisyyden päässä elektronien emissiopisteestä

Bushin kokeessa kuuman katodin K (kuva 74.2) emittoimia elektroneja kiihdytetään katodin K ja anodin A väliin kohdistuvan potentiaalieron U kautta. Tämän seurauksena ne saavat nopeuden u, jonka arvo löytyy suhdetta

Lennettyään ulos anodin reiästä elektronit muodostavat kapean säteen, joka on suunnattu solenoidin sisään työnnetyn tyhjennyksen putken akselia pitkin. Solenoidin tuloon sijoitetaan kondensaattori, johon syötetään vaihtojännite. Kondensaattorin luoma kenttä poikkeuttaa säteen elektroneja laitteen akselilta pienissä kulmissa a, jotka muuttuvat ajan myötä. Tämä johtaa säteen "pyörteeseen" - elektronit alkavat liikkua eri spiraalireittejä pitkin. Solenoidin ulostuloaukkoon asetetaan fluoresoiva näyttö. Jos valitset magneettisen induktion B niin, että etäisyys Г kondensaattorista näyttöön täyttää ehdon

(l on spiraalin nousu, on kokonaisluku), silloin elektronien liikeradan leikkauspiste osuu näyttöön - elektronisuihku tarkentuu tähän kohtaan ja herättää terävän valopisteen näytöllä. Jos ehto (74.6) ei täyty, näytön valopiste on epäselvä. Kun yhtälöt (74.4), (74.5) ja (74.6) on ratkaistu yhdessä, voimme löytää

Spesifisen elektronivarauksen tarkin arvo, joka on määritetty ottaen huomioon eri menetelmillä saadut tulokset, on yhtä suuri kuin

Arvo (74,7) antaa elektronin varauksen suhteen sen lepomassaan. Thomsonin, Bushin ja muissa vastaavissa kokeissa varauksen suhde relativistiseen massaan määritettiin yhtä suureksi kuin

Thomsonin kokeissa elektronin nopeus oli noin 0,1 s. Tällä nopeudella relativistinen massa ylittää lepomassan 0,5 %. Myöhemmissä kokeissa elektronien nopeus saavutti erittäin korkeita arvoja. Kaikissa tapauksissa havaittiin mittausarvojen lasku v:n kasvaessa, mikä tapahtui täsmälleen kaavan (74.8) mukaisesti.

Millikan määritti elektronin varauksen suurella tarkkuudella vuonna 1909. Millikan pisti pieniä öljypisaroita vaakasuoraan sijoitettujen kondensaattorilevyjen väliseen suljettuun tilaan (kuva 74.3). Roiskettaessa pisarat sähköistyivät ja ne voitiin asettaa liikkumattomiksi valitsemalla kondensaattorin jännitteen arvo ja etumerkki.

Tilanne vallitsi tasapainossa

tässä on pisaran varaus, P on painovoiman ja Arkhimedeen voiman resultantti, yhtä suuri kuin

(74.10)

( - pisaroiden tiheys, - sen säde, - ilman tiheys).

Kaavoista (74.9) ja (74.10) oli mahdollista löytää . Säteen määrittämiseksi mitattiin pisaroiden tasaisen putoamisen nopeus kentän puuttuessa. Pisaran tasainen liike saadaan aikaan edellyttäen, että voima P tasapainotetaan vastusvoimalla (katso 1. tilavuuden kaava (78.1); - ilman viskositeetti):

(74.11)

Pisaran liikettä tarkkailtiin mikroskoopilla. Mittausta varten määritettiin aika, joka pisaralla kului mikroskoopin näkökentässä näkyvän kahden langan välisen matkan kulkemiseen.

Pisaran tasapainoa on erittäin vaikea määrittää tarkasti. Siksi ehdon (74,9) täyttävän kentän sijaan kytkettiin päälle kenttä, jonka vaikutuksesta pisara alkoi liikkua ylöspäin alhaisella nopeudella. Tasainen nousunopeus määräytyy ehdosta, että voima P ja kokonaisvoima tasapainottavat voimaa

Jättämällä P pois ja yhtälöistä (74.10), (74.11) ja (74.12) saadaan lauseke

(Milliken teki tähän kaavaan muutoksen ottaen huomioon, että pisaroiden koot olivat verrattavissa ilmamolekyylien vapaaseen reittiin).

Joten mittaamalla pisaran vapaan pudotuksen nopeutta ja sen nousun nopeutta tunnetussa sähkökentässä oli mahdollista löytää pisaran varaus e. Mitattuaan nopeuden tietyllä varausarvolla Millikan aiheutti ionisaation ilmasta säteilyttämällä levyjen välistä tilaa röntgensäteillä. Pisaraan tarttuneet yksittäiset ionit muuttivat sen varausta, minkä seurauksena myös nopeus muuttui. Uuden nopeusarvon mittauksen jälkeen levyjen välistä tilaa säteilytettiin uudelleen jne.

Millikanin joka kerta mittaamat muutokset pisaran varauksessa ja itse varauksessa osoittautuivat saman arvon kokonaislukukerroiksi. Siten sähkövarauksen diskreetti todistettiin kokeellisesti, eli se tosiasia, että jokainen varaus koostuu samankokoisista alkuainevarauksista.

Millikanin mittaukset ja muilla menetelmillä saadut tiedot huomioon ottaen perusvarauksen arvo on yhtä suuri kuin

Olemme jo maininneet atomihiukkaset, jotka liikkuvat johtojen, radioputkien, röntgenputkien ja monien muiden laitteiden sisällä. Nämä hiukkaset, joita kutsutaan elektroneiksi, ovat pieniä negatiivisen sähkön palasia.

Toisin kuin kemiallisten alkuaineiden atomit, elektroni on alkuainehiukkanen; emme koskaan näe

He antoivat hänelle osia; Nykyaikaisilla ominaisuuksilla emme voi hajottaa sitä osiin. Elektroni on pienin negatiivinen sähkövaraus.

Kaikki elektronit ovat täsmälleen samoja riippumatta siitä, mihin atomiin ne kuuluivat tai kuuluvat.

Elektronin massa on 1838 kertaa pienempi kuin kevyimmän (vety)atomin massa ja on yhtä suuri kuin

Oh, OOO OOO OOO OOO OOO OOO OOO OOO 910 660 grammaa.

Yhden elektronin sähkövaraus on myös erittäin pieni. Miljardi miljardia elektronia kulkee palavan 20 watin hehkulampun hehkulangan läpi (verkon jännitteellä) joka sekunti; ne kaikki painavat alle gramman miljardisosan!

Herää väistämättä kysymys: kuinka elektronin varaus ja massa määritettiin näin tarkasti?

Elektronin varauksen ja massan mittaamiseksi sinun on ensin hankittava vapaita elektroneja, jotka eivät ole sidottu aineeseen. On monia tapoja tehdä tämä. Elektroneja irtoaa sekä kiinteistä aineista että kaasumolekyyleistä ja atomeista, kun ne altistetaan voimakkaalle lämmölle, joissain tapauksissa valon, erityisesti näkymättömien ultraviolettisäteiden ja, mikä vielä parempi, röntgensäteiden, valaisemana. Erityisen helppoa on repiä elektroneja irti metalleista, joissa ne liikkuvat hyvin vapaasti (tämä on ero metallien ja johtamattomien eristeiden välillä, joissa elektronit ovat "tiukasti sidottu").

Meillä on siis vapaita elektroneja. Onko mahdollista punnita yksi elektroni suoraan vaa'alla? Ilmeisesti tämä on mahdotonta, se on liian pieni. Mutta osoittautui mahdolliseksi määrittää elektronin varaus ja sitten epäsuorasti löytää sen massa.

Kuvittele, että pieni öljypisara putoaa hitaasti kahden metallilevyn väliin painovoiman vaikutuksesta (kuva 8). Luodaan pisaran päälle sähkövaraus. Sitten pisaran putoaminen voidaan pysäyttää lataamalla levyjä, joiden välissä pisara liikkuu, niin että ylempi levy vetää puoleensa pisaran varauksen ja alempi hylkii sitä. Pisara pysähtyy, jos sähkövoima, joka vetää pisaran varausta ylöspäin, on täsmälleen yhtä suuri kuin painovoima, joka vetää pisaran alas.

Siten voimme määrittää pisaraan vaikuttavan sähkövoiman ja siten sen varauksen; sinun tarvitsee vain tietää tarkasti pisaran painovoima, ja tätä varten sinun on tiedettävä sen massa. Pisaran massa määritettiin määrittämällä sen vapaan pudotuksen nopeus (ilman sähkövoimien vaikutusta) - mitä painavampi pisara, sitä nopeammin se putoaa ylittäen ilmanvastuksen.

Tällä menetelmällä määritettiin elektronin varaus.

Kokeilu suoritettiin näin. Levyjen yläpuolella oleva suihkepullo ruiskutti hieman öljyä. Oli

Odota, kunnes jokin öljypisaroista putoaa levyjen väliin ja tunkeutuu sinne ylälevyssä olevan pienen, tätä tarkoitusta varten tehdyn reiän kautta. Erityisen mikroskoopin avulla pisaran putoamisnopeus määritettiin erittäin tarkasti. Tämän jälkeen röntgenlamppu sytytettiin hetkeksi. Levyjen välistä kulkevat röntgensäteet repivät monia elektroneja ilmamolekyyleistä. Hyvin pian yksi tai useampi elektroni tai positiivisesti varautunut molekyyli asettui pisaran päälle; pisara sai tarvittavan varauksen. Sitten levyille annettiin sellaisen suuruinen varaus, että pisara roikkui liikkumattomana.

Määritettyämme pienimmän pisaran kantaman varauksen löysimme yhden elektronin varauksen. Kaikki muut syntyneet maksut olivat suurempia kuin löydetty.
pienin kahdella, kolmella, neljällä tai suuremmalla kokonaislukumäärällä kertaa, mikä vastasi kahta, kolmea, neljää tai useampaa pisaralle kerrostunutta elektronia.

Nyt sinun on määritettävä sen massa punnitsematta sitä. Kuinka tehdä se?

Kuvittele näkymättömien varautuneiden hiukkasten virta, joka ryntää varautuneiden levyjen (tai magneettinapojen) välissä. Sähköisten (tai magneettisten) voimien vaikutuksesta ne taipuvat alaspäin (kuva 9). Näemme kohteen, johon hiukkaset osuvat, kiitos sinkkisulfidilla päällystetyn näytön tai tavallisen valokuvauslevyn. Sinkkisulfidi hehkuu varautuneiden hiukkasten iskuista ja nämä varautuneet hiukkaset heijastuvat valokuvalevylle.

Hiukkaset toimivat samalla tavalla kuin valonsäteet. Näemme pienestä valopisteestä näytöllä (tai mustasta pisteestä valokuvalevyllä), kuinka hiukkaset ovat poikkeamat. Voimme arvioida hiukkasten massan, jos tiedämme niiden nopeuden ja taipuman aiheuttaneen voiman. Ja me tunnemme tämän voiman, tietäen hiukkasten varauksen.

Todellisuudessa laite tietysti osoittautuu paljon monimutkaisemmiksi kuin kuvassa esitetty, koska on silti tarpeen saada hiukkasia samalla nopeudella.

Kun olemme määrittäneet elektronin massan, olemme vakuuttuneita siitä, että näiden pienten negatiivisesti varautuneiden hiukkasten massa on monta kertaa pienempi kuin minkä tahansa atomin massa.