एक इलेक्ट्रॉन एक नकारात्मक रूप से आवेशित प्राथमिक कण है जो लेप्टान के वर्ग से संबंधित है (प्राथमिक कण देखें), जो वर्तमान में ज्ञात सबसे छोटे द्रव्यमान और प्रकृति में सबसे छोटे विद्युत आवेश का वाहक है। इसकी खोज 1897 में अंग्रेजी वैज्ञानिक जे. जे. थॉमसन ने की थी।

एक इलेक्ट्रॉन एक परमाणु का अभिन्न अंग है; एक तटस्थ परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या परमाणु क्रमांक के बराबर होती है, यानी नाभिक में प्रोटॉन की संख्या।

किसी इलेक्ट्रॉन के विद्युत आवेश का पहला सटीक माप 1909-1913 में किया गया था। अमेरिकी वैज्ञानिक आर मिलिकेन। प्राथमिक आवेश के निरपेक्ष मान का आधुनिक मान SGSE इकाइयाँ या लगभग C है। ऐसा माना जाता है कि यह आवेश वास्तव में "प्राथमिक" है, अर्थात इसे भागों में विभाजित नहीं किया जा सकता है, और किसी भी वस्तु का आवेश इसके पूर्णांक गुणज हैं।

आपने विद्युत आवेश वाले क्वार्क के बारे में सुना होगा, लेकिन जाहिर तौर पर वे हैड्रोन के अंदर मजबूती से बंद होते हैं और स्वतंत्र अवस्था में मौजूद नहीं होते हैं। प्लैंक स्थिरांक h और प्रकाश की गति c के साथ, प्राथमिक आवेश एक आयामहीन स्थिरांक = 1/137 बनाता है। बारीक संरचना स्थिरांक क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स के सबसे महत्वपूर्ण मापदंडों में से एक है; यह विद्युत चुम्बकीय इंटरैक्शन की तीव्रता निर्धारित करता है (सबसे सटीक आधुनिक मान = 0.000015)।

इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान g (ऊर्जा इकाइयों में)। यदि ऊर्जा और विद्युत आवेश के संरक्षण के नियम वैध हैं, तो इलेक्ट्रॉन का कोई भी क्षय, जैसे, आदि निषिद्ध है, इसलिए इलेक्ट्रॉन स्थिर है; प्रायोगिक तौर पर पाया गया कि इसका जीवनकाल वर्षों से कम नहीं है।

1925 में, अमेरिकी भौतिकविदों एस. गौडस्मिट और जे. उहलेनबेक ने परमाणु स्पेक्ट्रा की विशेषताओं को समझाने के लिए एक इलेक्ट्रॉन - स्पिन (ओं) की आंतरिक कोणीय गति की शुरुआत की। इलेक्ट्रॉन स्पिन प्लैंक स्थिरांक के आधे के बराबर है, लेकिन भौतिक विज्ञानी आमतौर पर बस इतना कहते हैं कि इलेक्ट्रॉन स्पिन = 1/2 है। एक इलेक्ट्रॉन के घूमने के साथ उसका अपना चुंबकीय क्षण जुड़ा होता है। एर्ग/जी के मान को बोर मैग्नेटन एमबी कहा जाता है (यह परमाणु और परमाणु भौतिकी में स्वीकृत चुंबकीय क्षण की माप की एक इकाई है; यहां एच प्लैंक स्थिरांक है, और एम इलेक्ट्रॉन के चार्ज और द्रव्यमान का पूर्ण मूल्य है) , c प्रकाश की गति है); संख्यात्मक गुणांक इलेक्ट्रॉन का कारक है। डायराक (1928) के क्वांटम यांत्रिक सापेक्षतावादी समीकरण से अनुसरण किया गया मान, यानी, इलेक्ट्रॉन का चुंबकीय क्षण बिल्कुल एक बोह्र मैग्नेटन के बराबर होना चाहिए।

हालाँकि, 1947 में प्रयोगों में यह पता चला कि चुंबकीय क्षण बोह्र मैग्नेटोन से लगभग 0.1% अधिक है। इस तथ्य की व्याख्या क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स में निर्वात के ध्रुवीकरण को ध्यान में रखते हुए दी गई थी। बहुत श्रम-गहन गणनाओं से एक सैद्धांतिक मूल्य (0.000000000148) प्राप्त हुआ, जिसकी तुलना आधुनिक (1981) प्रयोगात्मक डेटा से की जा सकती है: इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन (0.000000000050) के लिए।

मानों की गणना और माप बारह दशमलव स्थानों की सटीकता के साथ की जाती है, और प्रयोगात्मक कार्य की सटीकता सैद्धांतिक गणना की सटीकता से अधिक है। ये कण भौतिकी में सबसे सटीक माप हैं।

परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों की गति की विशेषताएं, जो क्वांटम यांत्रिकी के समीकरणों का पालन करती हैं, पदार्थों के ऑप्टिकल, विद्युत, चुंबकीय, रासायनिक और यांत्रिक गुणों को निर्धारित करती हैं।

इलेक्ट्रॉन विद्युत चुम्बकीय, कमजोर और गुरुत्वाकर्षण इंटरैक्शन में भाग लेते हैं (प्रकृति की शक्तियों की एकता देखें)। इस प्रकार, विद्युत चुम्बकीय प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन का विनाश दो-क्वांटा के गठन के साथ होता है:। उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन हैड्रॉन के निर्माण के साथ विद्युत चुम्बकीय विनाश की अन्य प्रक्रियाओं में भी भाग ले सकते हैं: हैड्रॉन। अब ऐसी प्रतिक्रियाओं का टकराने वाली किरणों का उपयोग करके कई त्वरक पर गहनता से अध्ययन किया जा रहा है (आवेशित कणों के त्वरक देखें)।

उदाहरण के लिए, परमाणु स्पेक्ट्रा में समता उल्लंघन (समता देखें) वाली प्रक्रियाओं में या इलेक्ट्रॉनों और न्यूट्रिनो के बीच प्रतिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉनों की कमजोर अंतःक्रियाएं दिखाई देती हैं।

इलेक्ट्रॉन की आंतरिक संरचना पर कोई डेटा नहीं है। आधुनिक सिद्धांत बिंदु कणों के रूप में लेप्टान की अवधारणा पर आधारित हैं। इसे अब प्रयोगात्मक रूप से सेमी की दूरी तक सत्यापित किया गया है। नया डेटा केवल भविष्य के त्वरक में कण टकराव ऊर्जा में वृद्धि के साथ ही दिखाई दे सकता है।

यह ज्ञात है कि इलेक्ट्रॉनों पर ऋणात्मक आवेश होता है। लेकिन कोई यह कैसे सुनिश्चित कर सकता है कि इन सभी कणों के लिए इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान और उसका आवेश स्थिर है? आप इसे केवल मक्खी पर पकड़कर ही जांच सकते हैं। रुकने के बाद, वह प्रयोगशाला के उपकरण बनाने वाले अणुओं और परमाणुओं के बीच खो जाएगा। सूक्ष्म जगत और उसके कणों को समझने की प्रक्रिया एक लंबा सफर तय कर चुकी है: पहले आदिम प्रयोगों से लेकर प्रयोगात्मक परमाणु भौतिकी के क्षेत्र में नवीनतम विकास तक।

इलेक्ट्रॉनों के बारे में पहली जानकारी

एक सौ पचास वर्ष पहले इलेक्ट्रॉनों का पता नहीं था। बिजली के "बिल्डिंग ब्लॉक्स" के अस्तित्व का संकेत देने वाला पहला संकेत इलेक्ट्रोलिसिस में प्रयोग थे। सभी मामलों में, पदार्थ के प्रत्येक आवेशित कण में एक मानक विद्युत आवेश होता है, जिसका मान समान होता है। कुछ मामलों में शुल्क की राशि दोगुनी या तिगुनी हो गई, लेकिन हमेशा एक न्यूनतम शुल्क राशि का गुणज बनी रही।

जे. थॉम्पसन द्वारा प्रयोग

कैवेंडिश की प्रयोगशाला में, जे. थॉमसन ने एक प्रयोग किया जिसने वास्तव में बिजली के कणों के अस्तित्व को साबित कर दिया। ऐसा करने के लिए वैज्ञानिक ने कैथोड ट्यूब से निकलने वाले विकिरण की जांच की। प्रयोग में, किरणों को एक नकारात्मक चार्ज वाली प्लेट से विकर्षित किया गया और एक सकारात्मक चार्ज वाली प्लेट की ओर आकर्षित किया गया। विद्युत क्षेत्र में कुछ विद्युत कणों की निरंतर उपस्थिति के बारे में परिकल्पना की पुष्टि की गई। उनकी गति की गति प्रकाश की गति के बराबर थी। कण के द्रव्यमान के संदर्भ में विद्युत आवेश अविश्वसनीय रूप से बड़ा निकला। अपनी टिप्पणियों से, थॉम्पसन ने कई निष्कर्ष निकाले जिनकी बाद में अन्य अध्ययनों से पुष्टि हुई।

थॉम्पसन के निष्कर्ष

1. तेज़ कणों द्वारा बमबारी करने पर परमाणु टूट सकते हैं। इसी समय, नकारात्मक आवेशित कणिकाएं परमाणुओं के बीच से निकल जाती हैं।
2. सभी आवेशित कणों का द्रव्यमान और आवेश समान होता है, चाहे वे किसी भी पदार्थ से प्राप्त हुए हों।
3. इन कणों का द्रव्यमान सबसे हल्के परमाणु के द्रव्यमान से बहुत कम होता है।
4. किसी पदार्थ का प्रत्येक कण विद्युत आवेश का न्यूनतम संभव अंश वहन करता है, इससे कम अंश प्रकृति में मौजूद नहीं है। कोई भी आवेशित पिंड पूरी संख्या में इलेक्ट्रॉनों को वहन करता है।

विस्तृत प्रयोगों ने रहस्यमय सूक्ष्म कणों के मापदंडों की गणना करना संभव बना दिया। परिणामस्वरूप, यह पाया गया कि खुली आवेशित कणिकाएँ विद्युत के अविभाज्य परमाणु हैं। इसके बाद, उन्हें इलेक्ट्रॉन नाम दिया गया। यह प्राचीन ग्रीस से आया था और नए खोजे गए कण का वर्णन करने के लिए उपयुक्त साबित हुआ।

इलेक्ट्रॉन वेग का प्रत्यक्ष माप

चूँकि इलेक्ट्रॉन को देखने का कोई तरीका नहीं है, इस प्राथमिक कण की मूल मात्रा को मापने के लिए आवश्यक प्रयोग विद्युत चुम्बकीय और गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों का उपयोग करके किए जाते हैं। यदि पहला केवल इलेक्ट्रॉन के आवेश को प्रभावित करता है, तो सूक्ष्म प्रयोगों की सहायता से, गुरुत्वाकर्षण प्रभाव को ध्यान में रखते हुए, इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान की लगभग गणना करना संभव था।

इलेक्ट्रॉन गन

इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान और आवेश का सबसे पहला माप एक इलेक्ट्रॉन गन का उपयोग करके किया गया था। गन बॉडी में गहरा वैक्यूम इलेक्ट्रॉनों को एक संकीर्ण किरण में एक कैथोड से दूसरे कैथोड तक जाने की अनुमति देता है।

इलेक्ट्रॉनों को एक स्थिर गति से दो बार संकीर्ण छिद्रों से गुजरने के लिए मजबूर किया जाता है वी. एक प्रक्रिया उसी प्रकार घटित होती है जैसे बगीचे की नली से एक धारा बाड़ के एक छेद में प्रवेश करती है। इलेक्ट्रॉनों के कुछ भाग ट्यूब के चारों ओर एक स्थिर गति से उड़ते हैं। यह प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध हो चुका है कि यदि इलेक्ट्रॉन गन पर लागू वोल्टेज 100 V है, तो इलेक्ट्रॉन की गति 6 मिलियन मीटर/सेकेंड के रूप में गणना की जाएगी।

प्रायोगिक निष्कर्ष

इलेक्ट्रॉन वेग के प्रत्यक्ष माप से पता चलता है कि, बंदूक किस सामग्री से बनी है और संभावित अंतर क्या है, संबंध ई/एम = स्थिरांक रखता है।

यह निष्कर्ष 20वीं सदी की शुरुआत में ही बना लिया गया था। उस समय वे अभी तक नहीं जानते थे कि आवेशित कणों की सजातीय किरणें कैसे बनाई जाती हैं; प्रयोगों के लिए अन्य उपकरणों का उपयोग किया गया, लेकिन परिणाम वही रहा। प्रयोग ने हमें कई निष्कर्ष निकालने की अनुमति दी। एक इलेक्ट्रॉन के आवेश और उसके द्रव्यमान के अनुपात का इलेक्ट्रॉनों के लिए समान मान होता है। इससे हमारी दुनिया में किसी भी पदार्थ के घटक के रूप में इलेक्ट्रॉन की सार्वभौमिकता के बारे में निष्कर्ष निकालना संभव हो जाता है। बहुत तेज़ गति पर, ई/एम का मान अपेक्षा से कम हो जाता है। यह विरोधाभास पूरी तरह से इस तथ्य से समझाया गया है कि प्रकाश की गति के बराबर उच्च गति पर, कण का द्रव्यमान बढ़ जाता है। लोरेंत्ज़ परिवर्तनों की सीमा स्थितियाँ इंगित करती हैं कि जब किसी पिंड की गति प्रकाश की गति के बराबर होती है, तो इस पिंड का द्रव्यमान अनंत हो जाता है। सापेक्षता के सिद्धांत के साथ पूर्ण सहमति से इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।

इलेक्ट्रॉन और उसका शेष द्रव्यमान

यह विरोधाभासी निष्कर्ष कि इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान स्थिर नहीं है, कई दिलचस्प निष्कर्षों की ओर ले जाता है। सामान्य अवस्था में, इलेक्ट्रॉन का शेष द्रव्यमान नहीं बदलता है। इसे विभिन्न प्रयोगों के आधार पर मापा जा सकता है। वर्तमान में, इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान बार-बार मापा गया है और 9.10938291(40)·10⁻³¹ किलोग्राम है। ऐसे द्रव्यमान वाले इलेक्ट्रॉन रासायनिक प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करते हैं, विद्युत प्रवाह की गति बनाते हैं, और परमाणु प्रतिक्रियाओं को रिकॉर्ड करने वाले सबसे सटीक उपकरणों द्वारा पकड़ लिए जाते हैं। इस मूल्य में उल्लेखनीय वृद्धि केवल प्रकाश की गति के करीब गति पर ही संभव है।

क्रिस्टल में इलेक्ट्रॉन

ठोस अवस्था भौतिकी वह विज्ञान है जो क्रिस्टल में आवेशित कणों के व्यवहार का अवलोकन करता है। कई प्रयोगों का परिणाम एक विशेष मात्रा का निर्माण था जो क्रिस्टलीय पदार्थों के बल क्षेत्रों में एक इलेक्ट्रॉन के व्यवहार को दर्शाता है। यह इलेक्ट्रॉन का तथाकथित प्रभावी द्रव्यमान है। इसके मूल्य की गणना इस तथ्य के आधार पर की जाती है कि क्रिस्टल में इलेक्ट्रॉन की गति अतिरिक्त बलों के अधीन होती है, जिसका स्रोत क्रिस्टल जाली ही है। इस तरह की गति को एक मुक्त इलेक्ट्रॉन के लिए मानक के रूप में वर्णित किया जा सकता है, लेकिन ऐसे कण की गति और ऊर्जा की गणना करते समय, किसी को इलेक्ट्रॉन के बाकी द्रव्यमान को नहीं, बल्कि प्रभावी को ध्यान में रखना चाहिए, जिसका मूल्य अलग होगा।

एक क्रिस्टल में एक इलेक्ट्रॉन का संवेग

किसी भी मुक्त कण की स्थिति को उसके संवेग के परिमाण से पहचाना जा सकता है। चूँकि संवेग का मान पहले ही निर्धारित किया जा चुका है, इसलिए, अनिश्चितता सिद्धांत के अनुसार, पूरे क्रिस्टल में कण के निर्देशांक धुंधले प्रतीत होते हैं। क्रिस्टल जाली में किसी भी बिंदु पर एक इलेक्ट्रॉन से मुठभेड़ की संभावना लगभग समान है। एक इलेक्ट्रॉन का संवेग ऊर्जा क्षेत्र के किसी भी निर्देशांक में उसकी स्थिति को दर्शाता है। गणना से पता चलता है कि एक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा की उसके संवेग पर निर्भरता एक मुक्त कण के समान होती है, लेकिन साथ ही इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान सामान्य से भिन्न मान ले सकता है। सामान्य तौर पर, इलेक्ट्रॉन ऊर्जा, जिसे संवेग के रूप में व्यक्त किया जाता है, का रूप E(p)=p 2 /2m* होगा। इस मामले में, m* इलेक्ट्रॉन का प्रभावी द्रव्यमान है। इलेक्ट्रॉनिक्स और सूक्ष्म प्रौद्योगिकी में उपयोग की जाने वाली नई अर्धचालक सामग्रियों के विकास और अध्ययन में प्रभावी इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान का व्यावहारिक अनुप्रयोग अत्यंत महत्वपूर्ण है।

एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान, किसी भी अन्य क्वासिपार्टिकल की तरह, हमारे ब्रह्मांड में उपयुक्त मानक विशेषताओं द्वारा चित्रित नहीं किया जा सकता है। एक सूक्ष्म कण की कोई भी विशेषता हमारे आसपास की दुनिया के बारे में हमारे सभी विचारों को आश्चर्यचकित और प्रश्नांकित कर सकती है।

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इलेक्ट्रॉन- इलेक्ट्रॉन, ए, एम (विशेष)। न्यूनतम ऋणात्मक विद्युत आवेश वाला एक प्राथमिक कण। ओज़ेगोव का व्याख्यात्मक शब्दकोश। एस.आई. ओज़ेगोव, एन.यू. श्वेदोवा। 1949 1992… ओज़ेगोव का व्याख्यात्मक शब्दकोश

पुस्तकें

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एक इलेक्ट्रॉन का विशिष्ट चार्ज (यानी, अनुपात) पहली बार 1897 में थॉमसन द्वारा चित्र में दिखाए गए डिस्चार्ज ट्यूब का उपयोग करके मापा गया था। 74.1. एनोड ए (कैथोड किरणें; देखें § 85) में छेद से निकलने वाली इलेक्ट्रॉन किरण एक फ्लैट कैपेसिटर की प्लेटों के बीच से गुजरती है और फ्लोरोसेंट स्क्रीन से टकराती है, जिससे उस पर एक चमकदार स्थान बन जाता है।

संधारित्र प्लेटों पर वोल्टेज लागू करके, लगभग एक समान विद्युत क्षेत्र के साथ बीम को प्रभावित करना संभव था। ट्यूब को एक विद्युत चुम्बक के ध्रुवों के बीच रखा गया था, जिसकी मदद से इलेक्ट्रॉन पथ के एक ही खंड पर विद्युत के लंबवत एक समान चुंबकीय क्षेत्र बनाना संभव था (इस क्षेत्र का क्षेत्र चित्र में दर्शाया गया है) .74.1 एक बिंदीदार वृत्त के साथ)। जब फ़ील्ड बंद कर दिए गए, तो किरण बिंदु O पर स्क्रीन से टकराई। प्रत्येक फ़ील्ड ने अलग-अलग बीम को ऊर्ध्वाधर दिशा में स्थानांतरित कर दिया। विस्थापन मान पिछले पैराग्राफ में प्राप्त सूत्र (73.3) और (73.4) द्वारा निर्धारित किए जाते हैं।

चुंबकीय क्षेत्र को चालू करके और इसके कारण होने वाले बीम ट्रेस के विस्थापन को मापना

थॉमसन ने विद्युत क्षेत्र को भी चालू किया और इसके मूल्य का चयन किया ताकि किरण फिर से बिंदु O पर गिरे। इस मामले में, विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र ने किरण के इलेक्ट्रॉनों पर एक साथ समान लेकिन विपरीत दिशा में निर्देशित बलों के साथ कार्य किया। इस मामले में, शर्त पूरी की गई

समीकरण (74.1) और (74.2) को एक साथ हल करते हुए, थॉमसन ने गणना की।

बुश ने इलेक्ट्रॉनों के विशिष्ट आवेश को निर्धारित करने के लिए चुंबकीय फोकसिंग विधि का उपयोग किया। इस विधि का सार इस प्रकार है. आइए मान लें कि एक समान चुंबकीय क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉनों की एक थोड़ी सी अपसारी किरण, क्षेत्र की दिशा के सापेक्ष सममित, समान वेग v के साथ, एक निश्चित बिंदु से बाहर उड़ती है। जिन दिशाओं में इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होते हैं वे दिशा बी के साथ छोटे कोण बनाते हैं। § 72 में यह पाया गया कि इस मामले में इलेक्ट्रॉन सर्पिल प्रक्षेप पथ के साथ चलते हैं, एक ही समय में पूरा करते हैं

पूर्ण क्रांति और समान दूरी पर क्षेत्र की दिशा के साथ स्थानांतरण

कोण a के छोटे होने के कारण, विभिन्न इलेक्ट्रॉनों के लिए दूरियाँ (74.3) व्यावहारिक रूप से समान और समान (छोटे कोणों के लिए) हो जाती हैं। नतीजतन, थोड़ा सा अपसारी किरण इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन बिंदु से दूरी पर स्थित एक बिंदु पर केंद्रित होगा

बुश प्रयोग में, गर्म कैथोड K (चित्र 74.2) द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को कैथोड K और एनोड A के बीच लगाए गए संभावित अंतर U के माध्यम से त्वरित किया जाता है। परिणामस्वरूप, वे एक गति u प्राप्त करते हैं, जिसका मूल्य पाया जा सकता है रिश्ते से

एनोड में छेद से बाहर निकलने के बाद, इलेक्ट्रॉन सोलनॉइड के अंदर डाली गई खाली ट्यूब की धुरी के साथ निर्देशित एक संकीर्ण किरण बनाते हैं। सोलनॉइड के इनपुट पर एक संधारित्र रखा जाता है, जिस पर एक वैकल्पिक वोल्टेज लगाया जाता है। संधारित्र द्वारा बनाया गया क्षेत्र उपकरण की धुरी से बीम के इलेक्ट्रॉनों को छोटे कोणों पर विक्षेपित करता है जो समय के साथ बदलते हैं। इससे किरण का "घूमना" शुरू हो जाता है - इलेक्ट्रॉन विभिन्न सर्पिल प्रक्षेप पथों के साथ चलना शुरू कर देते हैं। सोलनॉइड के आउटलेट पर एक फ्लोरोसेंट स्क्रीन लगाई जाती है। यदि हम चुंबकीय प्रेरण बी का चयन करते हैं ताकि संधारित्र से स्क्रीन तक की दूरी स्थिति को संतुष्ट करे

(एल सर्पिल की पिच है, एक पूर्णांक है), फिर इलेक्ट्रॉन प्रक्षेपवक्र के चौराहे का बिंदु स्क्रीन से टकराएगा - इलेक्ट्रॉन किरण इस बिंदु पर केंद्रित होगी और स्क्रीन पर एक तेज चमकदार स्थान को उत्तेजित करेगी। यदि शर्त (74.6) पूरी नहीं होती है, तो स्क्रीन पर चमकदार स्थान धुंधला हो जाएगा। समीकरण (74.4), (74.5) और (74.6) को एक साथ हल करने पर, हम पा सकते हैं

विभिन्न विधियों द्वारा प्राप्त परिणामों को ध्यान में रखते हुए स्थापित विशिष्ट इलेक्ट्रॉन आवेश का सबसे सटीक मान बराबर है

मान (74.7) इलेक्ट्रॉन आवेश और उसके शेष द्रव्यमान का अनुपात बताता है। थॉमसन, बुश और अन्य समान प्रयोगों में, आवेश और सापेक्ष द्रव्यमान का अनुपात बराबर निर्धारित किया गया था

थॉमसन के प्रयोगों में, इलेक्ट्रॉन की गति लगभग 0.1 s थी। इस गति पर, सापेक्ष द्रव्यमान शेष द्रव्यमान से 0.5% अधिक हो जाता है। बाद के प्रयोगों में, इलेक्ट्रॉन की गति बहुत उच्च मूल्यों तक पहुंच गई। सभी मामलों में, बढ़ते वी के साथ मापा मूल्यों में कमी पाई गई, जो सूत्र (74.8) के अनुसार सटीक रूप से हुई।

1909 में मिलिकन द्वारा एक इलेक्ट्रॉन का आवेश बड़ी सटीकता से निर्धारित किया गया था। मिलिकन ने क्षैतिज रूप से स्थित संधारित्र प्लेटों के बीच बंद स्थान में तेल की छोटी बूंदें डालीं (चित्र 74.3)। जब छिड़का जाता है, तो बूंदें विद्युतीकृत हो जाती हैं, और संधारित्र पर वोल्टेज के मूल्य और संकेत का चयन करके उन्हें गतिहीन रखा जा सकता है।

स्थिति के अंतर्गत संतुलन उत्पन्न हुआ

यहाँ बूंद का आवेश है, P गुरुत्वाकर्षण और आर्किमिडीयन बल का परिणाम है, के बराबर

(74.10)

(-बूंद का घनत्व,-उसकी त्रिज्या,-वायु घनत्व)।

सूत्र (74.9) और (74.10) से, जानना, खोजना संभव था। त्रिज्या निर्धारित करने के लिए, क्षेत्र की अनुपस्थिति में एकसमान बूंद गिरने की गति को मापा गया। बूंद की एक समान गति स्थापित की जाती है, बशर्ते कि बल पी प्रतिरोध बल द्वारा संतुलित हो (पहली मात्रा का सूत्र (78.1) देखें; - वायु चिपचिपापन):

(74.11)

सूक्ष्मदर्शी का उपयोग करके बूंद की गति देखी गई। माप के लिए, माइक्रोस्कोप के दृश्य क्षेत्र में दिखाई देने वाले दो धागों के बीच की दूरी तय करने में एक बूंद को लगने वाला समय निर्धारित किया गया था।

एक बूंद के संतुलन को सटीक रूप से ठीक करना बहुत मुश्किल है। इसलिए, स्थिति (74.9) को पूरा करने वाले क्षेत्र के बजाय, एक क्षेत्र को चालू कर दिया गया, जिसके प्रभाव में बूंद कम गति से ऊपर की ओर बढ़ने लगी। चढ़ाई की स्थिर दर इस शर्त से निर्धारित होती है कि बल पी और बल कुल मिलाकर बल को संतुलित करते हैं

P को छोड़कर समीकरण (74.10), (74.11) और (74.12) से, हमें एक अभिव्यक्ति प्राप्त होती है

(मिलिकेन ने इस सूत्र में एक संशोधन किया, यह ध्यान में रखते हुए कि बूंदों का आकार हवा के अणुओं के मुक्त पथ के बराबर था)।

इसलिए, एक बूंद के मुक्त रूप से गिरने की गति और एक ज्ञात विद्युत क्षेत्र में उसके बढ़ने की गति को मापकर, बूंद के चार्ज का पता लगाना संभव था, चार्ज के एक निश्चित मूल्य पर गति को मापने के बाद, मिलिकन ने आयनीकरण का कारण बना एक्स-रे के साथ प्लेटों के बीच की जगह को विकिरणित करके हवा का। अलग-अलग आयनों ने बूंद से चिपककर उसका चार्ज बदल दिया, जिसके परिणामस्वरूप गति भी बदल गई। नए वेग मान को मापने के बाद, प्लेटों के बीच की जगह को फिर से विकिरणित किया गया, आदि।

बूंद के आवेश और मिलिकन द्वारा मापे गए आवेश में हर बार परिवर्तन समान मान के पूर्णांक गुणज निकले। इस प्रकार, विद्युत आवेश की विसंगति प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध हो गई, अर्थात, यह तथ्य कि प्रत्येक आवेश एक ही आकार के प्राथमिक आवेशों से बना होता है।

मिलिकन के माप और अन्य तरीकों से प्राप्त आंकड़ों को ध्यान में रखते हुए स्थापित प्राथमिक चार्ज का मूल्य बराबर है

हम पहले ही रेडियो ट्यूबों, एक्स-रे ट्यूबों और कई अन्य उपकरणों के अंदर तारों के माध्यम से घूमने वाले परमाणु कणों का उल्लेख कर चुके हैं। ये कण, जिन्हें इलेक्ट्रॉन कहा जाता है, नकारात्मक बिजली के छोटे-छोटे टुकड़े हैं।

रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के विपरीत, एक इलेक्ट्रॉन एक प्राथमिक कण है; हम कभी नहीं देखेंगे

उन्होंने उसे भाग दिये; आधुनिक क्षमताओं के साथ हम इसे टुकड़ों में नहीं तोड़ सकते। इलेक्ट्रॉन सबसे छोटा ऋणात्मक विद्युत आवेश है।

सभी इलेक्ट्रॉन बिल्कुल एक जैसे हैं, भले ही वे किसी भी परमाणु के हों या उससे संबंधित हों।

एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान सबसे हल्के (हाइड्रोजन) परमाणु के द्रव्यमान से 1838 गुना कम है और बराबर है

ओह, ऊँ ऊँ ऊँ ऊँ ऊँ ऊँ ऊँ ऊँ ऊँ 910,660 ग्राम।

एक इलेक्ट्रॉन का विद्युत आवेश भी अत्यंत छोटा होता है। एक अरब अरब इलेक्ट्रॉन हर सेकंड एक जलते हुए बीस-वाट प्रकाश बल्ब (नेटवर्क में वोल्टेज पर) के फिलामेंट से गुजरते हैं; उन सभी का वजन एक ग्राम के एक अरबवें हिस्से से भी कम है!

प्रश्न अनिवार्य रूप से उठता है: इलेक्ट्रॉन का आवेश और द्रव्यमान इतनी सटीकता से कैसे निर्धारित किया गया?

किसी इलेक्ट्रॉन के आवेश और द्रव्यमान को मापने के लिए, आपको पहले मुक्त इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने होंगे जो किसी पदार्थ से बंधे नहीं हैं। इसे करने के कई तरीके हैं। तीव्र गर्मी के संपर्क में आने पर ठोस पदार्थ और गैस के अणुओं और परमाणुओं दोनों से इलेक्ट्रॉन बाहर निकल जाते हैं, कुछ मामलों में प्रकाश, विशेष रूप से अदृश्य पराबैंगनी किरणों और, इससे भी बेहतर, एक्स-रे द्वारा प्रकाशित होते हैं। धातुओं से इलेक्ट्रॉनों को अलग करना विशेष रूप से आसान होता है, जिसमें वे बहुत स्वतंत्र रूप से घूमते हैं (यह धातुओं और गैर-संवाहक इंसुलेटर के बीच का अंतर है, जिसमें इलेक्ट्रॉन "कसकर बंधे होते हैं")।

तो हमारे पास मुक्त इलेक्ट्रॉन हैं। क्या एक इलेक्ट्रॉन को सीधे तराजू पर तौलना संभव है? जाहिर है यह असंभव है, यह बहुत छोटा है. लेकिन एक इलेक्ट्रॉन के आवेश को निर्धारित करना और फिर अप्रत्यक्ष रूप से उसका द्रव्यमान ज्ञात करना संभव हो गया।

गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में दो धातु प्लेटों के बीच धीरे-धीरे गिरने वाली तेल की एक छोटी बूंद की कल्पना करें (चित्र 8)। आइए बूंद पर एक विद्युत आवेश उत्पन्न करें। फिर उन प्लेटों को चार्ज करके बूंद के गिरने को रोका जा सकता है जिनके बीच बूंद चलती है, ताकि ऊपरी प्लेट बूंद के चार्ज को आकर्षित करे और निचली प्लेट उसे पीछे धकेल दे। यदि बूंद के आवेश को ऊपर की ओर खींचने वाला विद्युत बल गुरुत्वाकर्षण बल के बराबर है, जो बूंद को नीचे खींच रहा है, तो बूंद रुक जाएगी।

इस प्रकार, हम बूंद पर कार्य करने वाले विद्युत बल और इसलिए उसके आवेश को निर्धारित करने में सक्षम होंगे; आपको केवल बूंद पर कार्य करने वाले गुरुत्वाकर्षण बल को सटीक रूप से जानने की आवश्यकता है, और इसके लिए आपको इसका द्रव्यमान जानने की आवश्यकता है। बूंद का द्रव्यमान उसके मुक्त रूप से गिरने की गति (विद्युत बलों की कार्रवाई के बिना) निर्धारित करके निर्धारित किया गया था - बूंद जितनी भारी होगी, हवा के प्रतिरोध पर काबू पाते हुए उतनी ही तेजी से गिरेगी।

इस विधि का उपयोग इलेक्ट्रॉन के आवेश को निर्धारित करने के लिए किया गया था।

इस तरह किया गया प्रयोग. प्लेटों के ऊपर स्थित एक स्प्रे बोतल से थोड़ा सा तेल छिड़का गया। था

तब तक प्रतीक्षा करें जब तक कि तेल की कोई भी बूंद प्लेटों के बीच न गिर जाए, शीर्ष प्लेट में विशेष रूप से इस उद्देश्य के लिए बनाए गए एक छोटे छेद के माध्यम से वहां प्रवेश कर जाए। एक विशेष माइक्रोस्कोप का उपयोग करके, बूंद की गिरने की गति को बहुत सटीक रूप से निर्धारित किया गया था। इसके बाद थोड़ी देर के लिए एक्स-रे लैंप चालू कर दिया गया। एक्स-रे, प्लेटों के बीच से गुजरते हुए, हवा के अणुओं से कई इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल देते हैं। बहुत जल्द एक या अधिक इलेक्ट्रॉन या धनावेशित अणु बूंद पर बस गए; बूंद ने आवश्यक आवेश प्राप्त कर लिया। फिर प्लेटों को इतने परिमाण का आवेश दिया गया कि बूंद गतिहीन लटक गई।

एक बूंद द्वारा वहन किया जा सकने वाला सबसे छोटा आवेश निर्धारित करने के बाद, हमने एक इलेक्ट्रॉन का आवेश पाया। अन्य सभी परिणामी आरोप पाए गए आरोपों से अधिक थे।
दो, तीन, चार या अधिक पूर्णांक संख्या से सबसे छोटा, जो कि बूंद पर जमा दो, तीन, चार या अधिक इलेक्ट्रॉनों के अनुरूप है।

अब आपको इसे तोले बिना इसका द्रव्यमान निर्धारित करने की आवश्यकता है। इसे कैसे करना है?

आवेशित प्लेटों (या चुंबक ध्रुवों) के बीच अदृश्य आवेशित कणों की एक धारा की कल्पना करें। विद्युत (या चुंबकीय) बलों के प्रभाव में, वे नीचे की ओर विक्षेपित हो जाते हैं (चित्र 9)। जिंक सल्फाइड से लेपित स्क्रीन या एक साधारण फोटोग्राफिक प्लेट की बदौलत हम उस लक्ष्य को देखते हैं जिस पर कण टकराते हैं। जिंक सल्फाइड आवेशित कणों के प्रभाव से चमकता है, और ये आवेशित कण फोटोग्राफिक प्लेट पर प्रतिबिंबित होते हैं।

कण प्रकाश किरणों की तरह ही कार्य करते हैं। हम स्क्रीन पर एक छोटे चमकदार बिंदु (या फोटोग्राफिक प्लेट पर एक काले बिंदु) से देखते हैं कि कण कैसे विचलित हो गए हैं। यदि हम कणों की गति और विक्षेपण का कारण बनने वाले बल को जानते हैं तो हम उनके द्रव्यमान का अनुमान लगा सकते हैं। और हम कणों के आवेश को जानकर, इस बल को जानते हैं।

वास्तव में, उपकरण, निश्चित रूप से, चित्र में दिखाए गए से कहीं अधिक जटिल हो जाता है, क्योंकि उसी गति से कण प्राप्त करना अभी भी आवश्यक है।

इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान निर्धारित करने के बाद, हम आश्वस्त हैं कि इन छोटे नकारात्मक आवेशित कणों का द्रव्यमान किसी भी परमाणु के द्रव्यमान से कई गुना कम है।