Elektrón je záporne nabitá elementárna častica patriaca do triedy leptónov (pozri Elementárne častice), nosič s najmenšou v súčasnosti známou hmotnosťou a najmenším elektrickým nábojom v prírode. Objavený v roku 1897 anglickým vedcom J. J. Thomsonom.

Elektrón je integrálnou súčasťou atómu; počet elektrónov v neutrálnom atóme sa rovná atómovému číslu, t.j. počtu protónov v jadre.

Prvé presné merania elektrického náboja elektrónu sa uskutočnili v rokoch 1909-1913. Americký vedec R. Milliken. Moderná hodnota absolútnej hodnoty elementárneho náboja je jednotiek SGSE alebo približne C. Predpokladá sa, že tento náboj je skutočne „elementárny“, to znamená, že ho nemožno rozdeliť na časti a náboje akýchkoľvek predmetov sú jeho celočíselné násobky.

Možno ste už počuli o kvarkoch s elektrickými nábojmi, no zrejme sú pevne uzamknuté vo vnútri hadrónov a neexistujú vo voľnom stave. Spolu s Planckovou konštantou h a rýchlosťou svetla c tvorí elementárny náboj bezrozmernú konštantu = 1/137. Konštanta jemnej štruktúry je jedným z najdôležitejších parametrov kvantovej elektrodynamiky, určuje intenzitu elektromagnetických interakcií (najpresnejšia moderná hodnota = 0,000015).

Hmotnosť elektrónu g (v energetických jednotkách). Ak platia zákony o zachovaní energie a elektrického náboja, potom sú zakázané akékoľvek rozpady elektrónu, napr. Experimentálne sa zistilo, že jeho životnosť nie je kratšia ako roky.

V roku 1925 zaviedli americkí fyzici S. Goudsmit a J. Uhlenbeck vnútorný moment hybnosti elektrónu - spin (s) - aby vysvetlili vlastnosti atómových spektier. Spin elektrónu sa rovná polovici Planckovej konštanty, ale fyzici zvyčajne jednoducho hovoria, že spin elektrónu je = 1/2. S rotáciou elektrónu je spojený jeho vlastný magnetický moment. Hodnota erg/G sa nazýva Bohr magnetón MB (toto je jednotka merania magnetického momentu akceptovaná v atómovej a jadrovej fyzike; tu h je Planckova konštanta a m je absolútna hodnota náboja a hmotnosti elektrónu , c je rýchlosť svetla); číselný koeficient je -faktor elektrónu. Z kvantovomechanickej relativistickej rovnice Diraca (1928) vyplývala hodnota, t.j. magnetický moment elektrónu by sa mal rovnať presne jednému Bohrovmu magnetónu.

V roku 1947 sa však pri pokusoch zistilo, že magnetický moment je približne o 0,1 % väčší ako Bohrov magnetón. Vysvetlenie tejto skutočnosti bolo podané s prihliadnutím na polarizáciu vákua v kvantovej elektrodynamike. Výpočty veľmi náročné na prácu poskytli teoretickú hodnotu (0,000000000148), ktorú možno porovnať s modernými (1981) experimentálnymi údajmi: pre elektrón a pozitrón (0,000000000050).

Hodnoty sú vypočítané a merané s presnosťou na dvanásť desatinných miest a presnosť experimentálnej práce je vyššia ako presnosť teoretických výpočtov. Toto sú najpresnejšie merania v časticovej fyzike.

Zvláštnosti pohybu elektrónov v atómoch, ktoré sa riadia rovnicami kvantovej mechaniky, určujú optické, elektrické, magnetické, chemické a mechanické vlastnosti látok.

Elektróny sa zúčastňujú elektromagnetických, slabých a gravitačných interakcií (pozri Jednota prírodných síl). V dôsledku elektromagnetického procesu teda dochádza k anihilácii elektrónu a pozitrónu za vzniku dvoch -kván: . Vysokoenergetické elektróny a pozitróny sa môžu podieľať aj na iných procesoch elektromagnetickej anihilácie s tvorbou hadrónov: hadrónoch. Teraz sa takéto reakcie intenzívne študujú na mnohých urýchľovačoch pomocou kolízií lúčov (pozri Urýchľovače nabitých častíc).

Slabé interakcie elektrónov sa objavujú napríklad pri procesoch s porušením parity (pozri Parita) v atómových spektrách alebo pri reakciách medzi elektrónmi a neutrínami.

Neexistujú žiadne údaje o vnútornej štruktúre elektrónu. Moderné teórie sú založené na koncepcii leptónov ako bodových častíc. Toto bolo teraz experimentálne overené až do vzdialenosti cm Nové údaje sa môžu objaviť len so zvýšením energie zrážky častíc v budúcich urýchľovačoch.

Je známe, že elektróny majú záporný náboj. Ako si však môžeme byť istý, že hmotnosť elektrónu a jeho náboj sú pre všetky tieto častice konštantné? Môžete to skontrolovať iba chytením za behu. Po zastavení sa stratí medzi molekulami a atómami, ktoré tvoria laboratórne vybavenie. Proces porozumenia mikrokozmu a jeho časticiam prešiel dlhú cestu: od prvých primitívnych experimentov až po najnovší vývoj v oblasti experimentálnej atómovej fyziky.

Prvé informácie o elektrónoch

Pred stopäťdesiatimi rokmi neboli elektróny známe. Prvým signálom naznačujúcim existenciu „stavebných blokov“ elektriny boli experimenty v elektrolýze. Vo všetkých prípadoch každá nabitá častica hmoty niesla štandardný elektrický náboj, ktorý mal rovnakú hodnotu. V niektorých prípadoch sa výška poplatku zdvojnásobila alebo strojnásobila, ale vždy zostala násobkom jednej minimálnej sumy poplatku.

Experimenty J. Thompsona

V Cavendishovom laboratóriu vykonal J. Thomson experiment, ktorý skutočne dokázal existenciu častíc elektriny. Za týmto účelom vedec skúmal žiarenie vychádzajúce z katódových trubíc. V experimente boli lúče odpudzované od záporne nabitej platne a priťahované ku kladne nabitej platni. Potvrdila sa hypotéza o stálej prítomnosti určitých elektrických častíc v elektrickom poli. Ich rýchlosť pohybu bola porovnateľná s rýchlosťou svetla. Elektrický náboj z hľadiska hmotnosti častice sa ukázal byť neuveriteľne veľký. Thompson zo svojich pozorovaní vyvodil niekoľko záverov, ktoré následne potvrdili ďalšie štúdie.

Thompsonove závery

1. Atómy sa môžu rozbiť, keď sú bombardované rýchlejšími časticami. Zároveň zo stredu atómov unikajú negatívne nabité častice.
2. Všetky nabité častice majú rovnakú hmotnosť a náboj, bez ohľadu na látku, z ktorej boli odvodené.
3. Hmotnosť týchto častíc je oveľa menšia ako hmotnosť najľahšieho atómu.
4. Každá častica látky nesie najmenšiu možnú časť elektrického náboja, menší než aký v prírode neexistuje. Každé nabité teleso nesie celý počet elektrónov.

Podrobné experimenty umožnili vypočítať parametre záhadných mikročastíc. V dôsledku toho sa zistilo, že otvorené nabité krvinky sú nedeliteľné atómy elektriny. Následne dostali názov elektróny. Pochádza zo starovekého Grécka a ukázalo sa, že je vhodné opísať novoobjavenú časticu.

Priame meranie rýchlosti elektrónov

Keďže neexistuje žiadny spôsob, ako vidieť elektrón, experimenty potrebné na meranie základných veličín tejto elementárnej častice sa vykonávajú pomocou polí - elektromagnetických a gravitačných. Ak prvý ovplyvňuje iba náboj elektrónu, potom pomocou jemných experimentov, berúc do úvahy gravitačný efekt, bolo možné približne vypočítať hmotnosť elektrónu.

Elektrónová pištoľ

Úplne prvé merania hmotností a nábojov elektrónov sa uskutočnili pomocou elektrónovej pištole. Hlboké vákuum v tele pištole umožňuje elektrónom prúdiť v úzkom lúči z jednej katódy na druhú.

Elektróny sú nútené prejsť cez úzke otvory dvakrát konštantnou rýchlosťou v. Nastáva proces podobný tomu, ako prúd zo záhradnej hadice vnikne do diery v plote. Časti elektrónov lietajú pozdĺž trubice konštantnou rýchlosťou. Experimentálne bolo dokázané, že ak je napätie aplikované na elektrónové delo 100 V, potom sa rýchlosť elektrónu vypočíta ako 6 miliónov m/s.

Experimentálne zistenia

Priame meranie rýchlosti elektrónu ukazuje, že bez ohľadu na to, z akých materiálov je zbraň vyrobená a aký je potenciálny rozdiel, platí vzťah e/m = const.

K tomuto záveru došlo už začiatkom 20. storočia. Vtedy ešte nevedeli, ako vytvoriť homogénne zväzky nabitých častíc, na experimenty sa použili iné zariadenia, ale výsledok zostal rovnaký. Experiment nám umožnil vyvodiť niekoľko záverov. Pomer náboja elektrónu k jeho hmotnosti má pre elektróny rovnakú hodnotu. To umožňuje vyvodiť záver o univerzálnosti elektrónu ako zložky akejkoľvek hmoty v našom svete. Pri veľmi vysokých rýchlostiach sa hodnota e/m ukáže byť nižšia, ako sa očakávalo. Tento paradox je plne vysvetlený skutočnosťou, že pri vysokých rýchlostiach porovnateľných s rýchlosťou svetla sa hmotnosť častice zvyšuje. Okrajové podmienky Lorentzových transformácií naznačujú, že keď sa rýchlosť telesa rovná rýchlosti svetla, hmotnosť tohto telesa sa stane nekonečnou. V úplnom súlade s teóriou relativity dochádza k výraznému zvýšeniu hmotnosti elektrónu.

Elektrón a jeho pokojová hmotnosť

Paradoxný záver, že hmotnosť elektrónu nie je konštantná, vedie k niekoľkým zaujímavým záverom. V normálnom stave sa zvyšok hmotnosti elektrónu nemení. Dá sa merať na základe rôznych experimentov. V súčasnosti bola hmotnosť elektrónu opakovane meraná a je 9,10938291(40)·10⁻³¹ kg. Elektróny s takouto hmotnosťou vstupujú do chemických reakcií, tvoria pohyb elektrického prúdu a zachytávajú ich tie najpresnejšie prístroje, ktoré zaznamenávajú jadrové reakcie. Citeľné zvýšenie tejto hodnoty je možné len pri rýchlostiach blízkych rýchlosti svetla.

Elektróny v kryštáloch

Fyzika pevných látok je veda, ktorá pozoruje správanie nabitých častíc v kryštáloch. Výsledkom početných experimentov bolo vytvorenie špeciálnej veličiny, ktorá charakterizuje správanie elektrónu v silových poliach kryštalických látok. Ide o takzvanú efektívnu hmotnosť elektrónu. Jeho hodnota je vypočítaná na základe skutočnosti, že na pohyb elektrónu v kryštáli pôsobia dodatočné sily, ktorých zdrojom je samotná kryštálová mriežka. Takýto pohyb možno označiť ako štandardný pre voľný elektrón, ale pri výpočte hybnosti a energie takejto častice treba brať do úvahy nie pokojovú hmotnosť elektrónu, ale efektívnu, ktorej hodnota bude iná.

Hybnosť elektrónu v kryštáli

Stav akejkoľvek voľnej častice možno charakterizovať veľkosťou jej hybnosti. Keďže hodnota hybnosti už bola určená, potom sa podľa princípu neurčitosti súradnice častice zdajú byť rozmazané v celom kryštáli. Pravdepodobnosť stretnutia s elektrónom v ktoromkoľvek bode kryštálovej mriežky je takmer rovnaká. Hybnosť elektrónu charakterizuje jeho stav v ktorejkoľvek súradnici energetického poľa. Výpočty ukazujú, že závislosť energie elektrónu od jeho hybnosti je rovnaká ako závislosť voľnej častice, no zároveň hmotnosť elektrónu môže nadobudnúť hodnotu odlišnú od obvyklej. Vo všeobecnosti bude mať energia elektrónu, vyjadrená ako hybnosť, tvar E(p)=p 2 /2m*. V tomto prípade je m* efektívna hmotnosť elektrónu. Praktická aplikácia efektívnej elektrónovej hmoty je mimoriadne dôležitá pri vývoji a štúdiu nových polovodičových materiálov používaných v elektronike a mikrotechnológii.

Hmotnosť elektrónu, ako aj akejkoľvek inej kvázičastice, nemôže byť charakterizovaná štandardnými charakteristikami vhodnými pre náš vesmír. Akákoľvek charakteristika mikročastice môže prekvapiť a spochybniť všetky naše predstavy o svete okolo nás.

Tento výraz má iné významy, pozri Elektrón (významy). "Elektrón 2" "Elektrón" je séria štyroch sovietskych umelých satelitov Zeme vypustených v roku 1964. Účel ... Wikipedia

Electron- (Novosibirsk, Rusko) Kategória hotela: 3-hviezdičkový hotel Adresa: 2nd Krasnodonsky Lane ... Katalóg hotelov

ELEKTRON- (symbol e, e), prvý prvok. h tsa objavený vo fyzike; mater. nosič najmenšej hmotnosti a najmenšej elektrickej energie. náboj v prírode. E. zložka atómov; ich počet v neutr. atóm sa rovná at. počet, teda počet protónov v jadre. Náboj (e) a hmotnosť...... Fyzická encyklopédia

Electron- (Moskva, Rusko) Kategória hotela: 2 hviezdičkový hotel Adresa: Andropov Avenue 38 building 2 ... Katalóg

Electron- (e, e) (z gr. elektron jantár; látka, ktorá sa ľahko elektrizuje trením), stabilná elementárna častica so záporným elektrickým nábojom e=1,6´10 19 C a hmotnosťou 9´10 28 g do triedy leptónov. Objavil ho anglický fyzik...... Ilustrovaný encyklopedický slovník

ELEKTRON- (e e), stabilná negatívne nabitá elementárna častica so spinom 1/2, hmotnosť cca. 9,10 28 g a magnetický moment rovný Bohrovmu magnetónu; patrí k leptónom a zúčastňuje sa elektromagnetických, slabých a gravitačných interakcií.... ...

ELEKTRON- (označenie e), stabilná ELEMENTÁRNA ČASTICA so záporným nábojom a pokojovou hmotnosťou 9,1310 31 kg (čo je 1/1836 hmotnosti PROTÓNU). Elektróny objavil v roku 1879 anglický fyzik Joseph Thomson. Pohybujú sa okolo JADRA,... ... Vedecko-technický encyklopedický slovník

elektrón- podstatné meno, počet synoným: 12 delta elektrón (1) leptón (7) minerál (5627) ... Slovník synonym

ELEKTRON- umelá družica Zeme vytvorená v ZSSR na štúdium radiačných pásov a magnetického poľa Zeme. Boli vypustené v pároch, jeden pozdĺž trajektórie ležiacej pod a druhý nad radiačnými pásmi. V roku 1964 boli vypustené 2 páry elektrónov... Veľký encyklopedický slovník

ELEKTRON- ELECTRON, ELECTRON, manžel. (grécky elektron jantár). 1. Častica s najmenším záporným elektrickým nábojom, tvoriaca atóm v kombinácii s protónom (fyzikálnym). Pohyb elektrónov vytvára elektrický prúd. 2. iba jednotky. Ľahká zliatina horčíka, ...... Ušakovov vysvetľujúci slovník

ELEKTRON- ELEKTRON, a, m. Elementárna častica s najmenším záporným elektrickým nábojom. Ozhegovov výkladový slovník. S.I. Ozhegov, N.Yu. Švedova. 1949 1992 … Ozhegovov výkladový slovník

knihy

• Electron. Energia vesmíru, Landau Lev Davidovič, Kitaigorodskij Alexander Isaakovič. Knihy nositeľa Nobelovej ceny Leva Landaua a Alexandra Kitaigorodského sú texty, ktoré prevracajú zaužívané vnímanie sveta okolo nás. Väčšina z nás sa neustále stretáva s... Kúpiť za 491 RUR
• Elektrónová vesmírna energia, Landau L., Kitaigorodsky A.. Knihy od nositeľa Nobelovej ceny Leva Landaua a Alexandra Kitaigorodského sú texty, ktoré prevracajú filistínsku predstavu o svete okolo nás. Väčšina z nás neustále čelí...

Špecifický náboj elektrónu (t.j. pomer) prvýkrát zmeral Thomson v roku 1897 pomocou výbojovej trubice znázornenej na obr. 74,1. Elektrónový lúč vychádzajúci z otvoru v anóde A (katódové lúče; pozri § 85) prešiel medzi platňami plochého kondenzátora a dopadol na fluorescenčné tienidlo a vytvorilo sa na ňom svetelné miesto.

Privedením napätia na dosky kondenzátora bolo možné ovplyvniť lúč takmer rovnomerným elektrickým poľom. Rúrka bola umiestnená medzi pólmi elektromagnetu, pomocou ktorého bolo možné vytvoriť rovnomerné magnetické pole kolmé na elektrické na rovnakom úseku dráhy elektrónov (oblasť tohto poľa je zakrúžkovaná na obr. 74,1 s bodkovaným kruhom). Keď boli polia vypnuté, lúč dopadol na obrazovku v bode O. Každé z polí samostatne spôsobilo posun lúča vo vertikálnom smere. Hodnoty posunutia sú určené vzorcami (73.3) a (73.4) získanými v predchádzajúcom odseku.

Zapnutím magnetického poľa a meraním posunu stopy lúča ním spôsobeného

Thomson tiež zapol elektrické pole a zvolil jeho hodnotu tak, aby lúč opäť zasiahol bod O. V tomto prípade elektrické a magnetické pole pôsobilo na elektróny lúča súčasne rovnakými, ale opačne smerujúcimi silami. V tomto prípade bola podmienka splnená

Pri spoločnom riešení rovníc (74.1) a (74.2) Thomson vypočítal .

Bush použil metódu magnetického zaostrovania na určenie špecifického náboja elektrónov. Podstata tejto metódy je nasledovná. Predpokladajme, že v rovnomernom magnetickom poli vyletí z určitého bodu mierne sa rozbiehajúci lúč elektrónov, symetrický k smeru poľa, s rovnakou rýchlosťou v. Smery, v ktorých sú elektróny emitované, zvierajú malé uhly a so smerom B. V § 72 sa zistilo, že elektróny sa v tomto prípade pohybujú po špirálových trajektóriách, pričom za rovnaký čas absolvujú

plná otáčka a posunutie v smere poľa vo vzdialenosti rovnajúcej sa

Vzhľadom na malý uhol a sú vzdialenosti (74.3) pre rôzne elektróny prakticky rovnaké a rovnaké (pre malé uhly). V dôsledku toho bude mierne rozbiehajúci sa lúč zameraný na bod nachádzajúci sa vo vzdialenosti od bodu emisie elektrónov

V Bushovom experimente sú elektróny emitované horúcou katódou K (obr. 74.2) urýchľované cez potenciálový rozdiel U aplikovaný medzi katódou K a anódou A. V dôsledku toho nadobúdajú rýchlosť u, ktorej hodnotu možno nájsť zo vzťahu

Potom, čo elektróny vyletia z otvoru v anóde, vytvoria úzky lúč nasmerovaný pozdĺž osi vákuovej trubice vloženej do solenoidu. Na vstupe solenoidu je umiestnený kondenzátor, na ktorý je privedené striedavé napätie. Pole vytvorené kondenzátorom vychyľuje elektróny lúča od osi zariadenia pod malými uhlami a, ktoré sa časom menia. To vedie k „víreniu“ lúča - elektróny sa začínajú pohybovať po rôznych špirálových trajektóriách. Na výstupe solenoidu je umiestnená fluorescenčná clona. Ak zvolíte magnetickú indukciu B tak, aby vzdialenosť Г od kondenzátora k obrazovke spĺňala podmienku

(l je stúpanie špirály, je celé číslo), potom bod priesečníka trajektórií elektrónov dopadne na obrazovku - elektrónový lúč bude zaostrený v tomto bode a vybudí ostrý svetelný bod na obrazovke. Ak nie je splnená podmienka (74.6), svetelný bod na obrazovke bude rozmazaný. Po spoločnom vyriešení rovníc (74.4), (74.5) a (74.6) môžeme nájsť

Najpresnejšia hodnota špecifického náboja elektrónu, stanovená s prihliadnutím na výsledky získané rôznymi metódami, sa rovná

Hodnota (74.7) udáva pomer náboja elektrónu k jeho pokojovej hmotnosti. V experimentoch Thomsona, Busha a iných podobných experimentoch bol pomer náboja k relativistickej hmotnosti určený rovný

V Thomsonových experimentoch bola rýchlosť elektrónu približne 0,1 s. Pri tejto rýchlosti relativistická hmotnosť prevyšuje pokojovú hmotnosť o 0,5 %. V nasledujúcich experimentoch dosahovala rýchlosť elektrónov veľmi vysoké hodnoty. Vo všetkých prípadoch bol zistený pokles nameraných hodnôt s rastúcim v, ku ktorému došlo presne podľa vzorca (74.8).

Náboj elektrónu určil s veľkou presnosťou Millikan v roku 1909. Millikan zaviedol drobné kvapôčky oleja do uzavretého priestoru medzi horizontálne umiestnenými doskami kondenzátora (obr. 74.3). Pri striekaní sa kvapky elektrizovali a mohli byť nehybné výberom hodnoty a znamienka napätia na kondenzátore.

Za týchto podmienok nastala rovnováha

tu je náboj kvapky, P je výslednica gravitácie a Archimedovej sily, rovná sa

(74.10)

( - hustota kvapky, - jej polomer, - hustota vzduchu).

Zo vzorcov (74.9) a (74.10), poznajúc , bolo možné nájsť . Na určenie polomeru sa merala rýchlosť rovnomerného pádu kvapiek v neprítomnosti poľa. Rovnomerný pohyb kvapky sa dosiahne za predpokladu, že sila P je vyvážená odporovou silou (pozri vzorec (78.1) 1. objemu; - viskozita vzduchu):

(74.11)

Pohyb kvapky sa pozoroval pomocou mikroskopu. Na meranie sa určil čas, za ktorý kvapka prekonala vzdialenosť medzi dvoma vláknami viditeľnými v zornom poli mikroskopu.

Je veľmi ťažké presne stanoviť rovnováhu kvapky. Preto sa namiesto poľa, ktoré spĺňalo podmienku (74.9), zaplo pole, pod vplyvom ktorého sa kvapka začala pohybovať nahor nízkou rýchlosťou. Stabilná rýchlosť stúpania je určená z podmienky, že sila P a sila celkovo vyrovnávajú silu

Vylúčením P a z rovnice (74.10), (74.11) a (74.12) dostaneme výraz pre

(Milliken urobil zmenu tohto vzorca, berúc do úvahy, že veľkosti kvapiek boli porovnateľné s voľnou dráhou molekúl vzduchu).

Takže meraním rýchlosti voľného pádu kvapky a rýchlosti jej vzostupu v známom elektrickom poli bolo možné nájsť náboj kvapky e. Zmeraním rýchlosti pri určitej hodnote náboja spôsobil Millikan ionizáciu vzduchu ožiarením priestoru medzi platňami röntgenovými lúčmi. Jednotlivé ióny priľnuté na kvapôčku menili svoj náboj, v dôsledku čoho sa menila aj rýchlosť. Po nameraní novej hodnoty rýchlosti sa priestor medzi platňami opäť ožiaril atď.

Zmeny náboja kvapôčky a samotného náboja merané Millikanom sa zakaždým ukázali ako celočíselné násobky rovnakej hodnoty. Experimentálne bola teda dokázaná diskrétnosť elektrického náboja, teda skutočnosť, že každý náboj je zložený z elementárnych nábojov rovnakej veľkosti.

Hodnota elementárneho náboja, stanovená s prihliadnutím na Millikanove merania a údaje získané inými metódami, sa rovná

Už sme spomenuli atómové častice pohybujúce sa cez drôty, vo vnútri rádiových trubíc, röntgenových trubíc a mnohých ďalších zariadení. Tieto častice, nazývané elektróny, sú malé kúsky negatívnej elektriny.

Na rozdiel od atómov chemických prvkov je elektrón elementárna častica; nikdy nevidíme

Dali jej časti; S modernými schopnosťami ho nemôžeme rozdeliť na časti. Elektrón je najmenší záporný elektrický náboj.

Všetky elektróny sú úplne rovnaké, bez ohľadu na to, ku ktorému atómu patrili alebo ku ktorému patria.

Hmotnosť elektrónu je 1838-krát menšia ako hmotnosť najľahšieho atómu (vodíka) a rovná sa

Oh, OOO OOO OOO OOO OOO OOO OOO OOO 910 660 gramov.

Elektrický náboj jedného elektrónu je tiež extrémne malý. Každú sekundu prejde vláknom horiacej dvadsaťwattovej žiarovky (pri napätí v sieti) miliarda miliárd elektrónov; všetky vážia menej ako jednu miliardtinu gramu!

Nevyhnutne vyvstáva otázka: ako boli s takou presnosťou určené náboj a hmotnosť elektrónu?

Na meranie náboja a hmotnosti elektrónu musíte najskôr získať voľné elektróny, ktoré nie sú viazané na hmotu. Existuje mnoho spôsobov, ako to urobiť. Elektróny sú vymrštené z molekúl a atómov pevnej hmoty aj plynu, keď sú vystavené intenzívnemu teplu, v niektorých prípadoch osvetlené svetlom, najmä neviditeľnými ultrafialovými lúčmi a ešte lepšie röntgenovými lúčmi. Obzvlášť ľahké je vytrhnúť elektróny z kovov, v ktorých sa pohybujú veľmi voľne (to je rozdiel medzi kovmi a nevodivými izolantmi, v ktorých sú elektróny „pevne viazané“).

Takže máme voľné elektróny. Je možné priamo vážiť jeden elektrón na váhe? To je samozrejme nemožné, je to príliš malé. Ukázalo sa však, že je možné určiť náboj elektrónu a potom nepriamo nájsť jeho hmotnosť.

Predstavte si malú kvapku oleja, ktorá vplyvom gravitácie pomaly padá medzi dve kovové platne (obrázok 8). Na kvapôčke vytvoríme elektrický náboj. Potom sa dá pád kvapky zastaviť nabitím doštičiek, medzi ktorými sa kvapka pohybuje, takže horná doska priťahuje náboj kvapky a spodná ju odpudzuje. Kvapka sa zastaví, ak sa elektrická sila ťahajúca náboj kvapky nahor presne rovná gravitačnej sile, ktorá kvapku ťahá nadol.

Budeme teda schopní určiť elektrickú silu pôsobiacu na kvapku, a teda aj jej náboj; potrebujete len presne poznať gravitačnú silu pôsobiacu na kvapku, a preto potrebujete poznať jej hmotnosť. Hmotnosť kvapky bola určená určením rýchlosti jej voľného pádu (bez pôsobenia elektrických síl) – čím je kvapka ťažšia, tým rýchlejšie padá, prekonáva odpor vzduchu.

Táto metóda bola použitá na určenie náboja elektrónu.

Experiment prebiehal takto. Fľaša s rozprašovačom umiestnená nad platňami nastriekala trochu oleja. Had

Počkajte, kým niektoré z kvapôčok oleja nepadnú medzi platne a preniknú tam cez malý otvor špeciálne vyrobený na tento účel v hornej platni. Pomocou špeciálneho mikroskopu bola veľmi presne určená rýchlosť pádu kvapky. Potom sa na krátky čas rozsvietila röntgenová lampa. Röntgenové lúče prechádzajúce medzi platňami vytrhli veľa elektrónov z molekúl vzduchu. Veľmi skoro sa na kvapôčke usadil jeden alebo viac elektrónov alebo kladne nabitých molekúl; kvapka získala potrebný náboj. Potom boli doštičky nabité takou veľkosťou, že kvapka nehybne visela.

Po určení najmenšieho náboja, ktorý môže kvapka niesť, sme našli náboj jedného elektrónu. Všetky ostatné výsledné náboje boli väčšie ako ten, ktorý sa našiel.
najmenší počet krát dva, tri, štyri alebo väčšie celé číslo, čo zodpovedá dvom, trom, štyrom alebo viacerým elektrónom uloženým na kvapke.

Teraz musíte určiť jeho hmotnosť bez váženia. Ako to spraviť?

Predstavte si prúd neviditeľných nabitých častíc, ktoré sa rútia medzi nabitými platňami (alebo pólmi magnetov). Vplyvom elektrických (alebo magnetických) síl dochádza k ich vychýleniu smerom nadol (obr. 9). Cieľ, na ktorý častice zasiahli, vidíme vďaka sitku potiahnutému sulfidom zinočnatým alebo obyčajnej fotografickej platni. Sulfid zinočnatý žiari z dopadov nabitých častíc a tieto nabité častice sa odrážajú na fotografickú platňu.

Častice pôsobia rovnakým spôsobom ako svetelné lúče. Podľa malej svetelnej bodky na obrazovke (alebo čiernej bodky na fotografickej doske) vidíme, ako sa častice odchýlili. Hmotnosť častíc môžeme posúdiť, ak poznáme ich rýchlosť a silu, ktorá spôsobila vychýlenie. A túto silu poznáme, poznáme náboj častíc.

V skutočnosti sa zariadenie, samozrejme, ukazuje ako oveľa zložitejšie ako to, ktoré je znázornené na obrázku, pretože stále je potrebné získať častice rovnakou rýchlosťou.

Po určení hmotnosti elektrónu sme presvedčení, že tieto drobné záporne nabité častice majú hmotnosť mnohonásobne menšiu ako hmotnosť ktoréhokoľvek atómu.