Электрон

Википедия — ирекле энциклопедия мәғлүмәте
Перейти к навигации Перейти к поиску
Электрон
Рәсем
Хөрмәтенә аталған гәрәбә
Тәртип буйынса иртәрәк килеүсе
Тәртип буйынса һуңыраҡ килеүсе мюон[d]
Масса 0,0005485799091 Да[1]
Асыусы йәки уйлап табыусы Томсон, Джозеф Джон[d]
Асыу датаһы 1897
Электрический заряд -1 элементарный электрический заряд
Чётность 1
Спиновое квантовое число 0,5
Магнитный момент -1,0011596521808±0 µ_B
Антикиҫәксә позитрон[d]
Суперсимметричный партнёр сэлектрон[d]
Фундаменталь тәьҫир итешеүҙәр Көсһөҙ үҙ-ара тәьҫир итешеү, Электромагнит тәьҫир итешеүе һәм Гравитация
Закон йәки теорема формулаһы \displaystyle v=f\lambda
Номер частицы по схеме Монте-Карло 11
Commons-logo.svg Электрон Викимилектә

Электро́н (бор. грек. ἤλεκτρον — гәрәбә[2]) — кире зарядлы тотороҡло элементар киҫәксә. Фундаменталь киҫәксә һәм матдәнең төп структур берәмектәренең береһе булып һанала. Фермион (½ спинлы) һәм лептон булараҡ классификациялана. Зарядланған лептондарҙың билдәле булғандарының (уның антикиҫәксәһе — позитрон менән бергә) берҙән-бер тотороҡлоһо. Электрондар атомдарҙың тышлығын хасил итә, ә атомдарҙың төҙөлөшө матдәнең оптик, электр, магнит, механик, химик үҙенсәлектәренең күпселеген билдәләй[3]. Электрондар хәрәкәте бик күп үткәргестәрҙә (атап әйткәндә, металдарҙа) электр ағышын тәьмин итә. Рациональ берәмектәр системаһында электрон тулҡынының комптон оҙонлоғо — оҙонлоҡ берәмеге, ә электрондың массаһы масса берәмеге булып тора.

Үҙенсәлектәре[үҙгәртергә | вики-тексты үҙгәртергә]

Электрондың заряды бүленмәй һәм −1,6021766208(98)·10−19 кулонға тиң (йәки СГСЭ системаһында −4,80320427(13)·10−10 СГСЭ заряд берәмегенә йәки СГСМ системаһында −1,6021766208(98)·10−20 СГСМ берәмегенә тиң); ул тәүге тапҡыр А. Ф. Иоффеның (1911) һәм Р. Милликендың (1912) эксперименттарында үлсәнә. Был дәүмәл башҡа элементар киҫәксәләрҙең электр зарядын үлсәү берәмеге булып хеҙмәт итә (электрон зарядынан айырмалы, элементар заряд ғәҙәттә ыңғай тамға менән алына). Электрондың массаһы 9,10938356(11)·10−31 килограмға тиң.

кг — электрон массаһы.

Кл — электрон заряды.

Кл/кг — электрондың удель заряды.

 — электрондың спины

Фәнгә билдәле булған башҡа бик күп киҫәксәләрҙән айырмалы, электрон тотороҡло. Ирекле электрондың нейтринолар менән фотондарға тарҡалыуына — электр зарядының һаҡланыу законы, ә башҡа элементар киҫәксәләргә тарҡалыуына энергия һаҡланыу законы юл ҡуймай.

Электрондың магнитлы мәлен ғәйәт теүәл билдәләү буйынса эксперименттар (1989 йылғы Нобель  премияһы) күрһәтеүенсә, электрондың ҙурлығы 10−20 см[4][5]-нан артыҡ түгел. Электрондың эске йоплоғо — 1.[6] Электрон көсһөҙ, электромагнитлы һәм гравитациялы тәьҫирләшеүҙәрҙә ҡатнаша. Бета-тарҡалыу һәм электрон эләктереү электрондың көсһөҙ тәьҫирләшеүҙәрҙә ҡатнашыуының миҫалы булып тора. Ул лептондар төркөмөнә инә һәм (үҙенең антикиҫәксәһе булған позитрон менән бергә) зарядлы лептондарҙың иң еңеле, шулай уҡ электр зарядына эйә булған иң еңел элементар киҫәксә булып тора. Нейтриноның массаһын асҡанға тиклем электрон иң еңел массив киҫәксә тип иҫәпләнә — уның массаһы протон массаһынан яҡынса 1836 тапҡырға бәләкәйерәк. Электрон спины 12-гә тиң, шулай итеп, электрон фермиондарға ҡарай.

Бөтә спинлы зарядланған киҫәксәләр кеүек үк, электрондың магнитлы мәле бар, магнитлы мәле нормаль өлөшкә һәм аномаль магнитлы мәлгә бүленә. 1989 йылда Г. Демельтҡа электрондың магнитлы мәлен өтөрҙән һуң урынға тиклем теүәллек менән үлсәгән өсөн физика буйынса Нобель премияһы бирелә[4][5].

Ҡайһы берҙә электрондарҙың үҙен генә түгел, ә позитрондарҙы ла электрондарға индерәләр (мәҫәлән, уларҙы дөйөм электрон-позитрон ҡыры тип ҡарау, Дирак тигеҙләмәһенең сиселеше), айырыуса уларҙың айырмаларына ҡарағанда уртаҡ үҙенсәлектәре мөһим булған саҡта шулай эшләнә. Был осраҡта кире зарядлы электронды —[7] негатрон[8], ыңғай зарядлыһын позитрон тип атайҙар.

Кристалдың периодик потенциалындағы электрон эффектив массаһы электрон массаһынан һиҙелерлек айырылыуы ихтимал булған квазикиҫәксә тип ҡарала.

Ирекле электрон фотонды сәсә алһа ла, уны йота алмай.

Этимологияһы һәм асылыу тарихы[үҙгәртергә | вики-тексты үҙгәртергә]

Мезон Мезон Барион Нуклон Кварк Лептон Электрон Адрон Атом Молекула Фотон W- һәм Z-бозондар Глюон Гравитон Электромагнитлы тәьҫир итешеү Һүрән тәьҫир итешеү Көслө тәьҫир итешеү Гравитация Квантлы электродинамика Квантлы хромодинамика Квантлы гравитация Электрослабое взаимодействие Теория великого объединения Теория всего Элементарная частица Вещество Бозон Хиггса
Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц, и теории, описывающие их взаимодействия. Фермионы — слева, бозоны — справа. (пункты на картинке кликабельны)

«Электрон» тигән атама «гәрәбәне» аңлатҡан ἤλεκτρονἤλεκτρον тигән грек һүҙенән алынған. Боронғо Грецияла уҡ әле тикшеренеүселәр һынауҙар үткәргән — гәрәбәне йөн менән ышҡығандан һуң уның ваҡ-төйәкте үҙенә тартыуын күргән. Электрохимияла зарядтың фундаменталь бүленмәҫ берәмегенең атамаһы булараҡ «электрон» терминын[9] Дж. Дж. Стоуни 1894 йылда (берәмектең үҙен — 1874 йылда) индерә. Электронды киҫәксә булараҡ Э. Вихерт[10][11] һәм Дж. Дж. Томсон аса. Тулҡын үҙенсәлектәрен асыу[12]. Де Бройль гипотезаһы (1924) буйынса, электрон (бөтә башҡа матди микрообъекттар кеүек үк) корпускуляр ғына түгел, тулҡын үҙенсәлектәренә лә эйә.

Электрондың де Бройлсә тулҡын оҙонлоғо: , бында  — Планктың даими дәүмәле,  — электрон импульсы. Релятивистик булмаған осраҡта , бында  — электрондың хәрәкәт итеү тиҙлеге,  — электрондың массаһы. Ультрарелятивистик осраҡта ул , бында  — яҡтылыҡтың тиҙлеге,  — электрондың энергияһы.

Быға ярашлы электрондар, яҡтылыҡҡа оҡшап, интерференция һәм дифракция кисерә ала. Электрондарҙың тулҡын үҙенсәлектәре тәжрибәләр юлы менән 1927 йылда Америка физиктары К. Дэвиссон һәм Л. Джермер, шулай уҡ уларҙан айырым рәүештә инглиз физигы Дж. П. Томсон тарафынан асыла[13][14].

Файҙаланыу[үҙгәртергә | вики-тексты үҙгәртергә]

Крукс көпшәһе менән үткәрелгән тәжрибәләр тәүләп электрондарҙың тәбиғәтен күрһәтә

Түбән энергиялы электрондар сығанаҡтарының күбеһендә термоэлектрон эмиссия һәм фотоэлектрон эмиссия күренештәре ҡулланыла. Энергияһы бер нисә килоэлектронвольттан бер нисә мегаэлектронвольтҡа тиклем еткән юғары энергиялы электрондар бета-тарҡалыу һәм радиоактив йәҙрәләрҙең эске конверсияһы барышында сәселә. Бета-тарҡалыуҙа сәселгән электрондарҙы бета-киҫәксә йә бета-нур тип тә йөрөтәләр. Тиҙләткестәр бик юғары энергиялы электрондарҙың сығанағы булып хеҙмәт итә.

Металдарҙа һәм ярымүткәргестәрҙә электрондарҙың хәрәкәте энергияны еңел генә йөрөтөргә һәм уға идара итергә мөмкинлек бирә. Был күренеш (электр тогы) хәҙерге заман цивилизацияһы нигеҙҙәренең береһенә әүерелде һәм сәнәғәттә, элемтәлә, информатикала, электроникала, көнкүрештә, ғөмүмән, бөтә ерҙә ҡулланыла. Үткәргестәрҙә электрондарҙың хәрәкәте бик яй (~0,1—1 мм/с) бара, ләкин электр ҡыры яҡтылыҡ тиҙлеге менән тарала. Ошо сәбәпле ток күҙ асып йомғансы бөтә сынйырҙы ялмап ала.

Ҙур энергияларға тиклем (мәҫәлән, линиялы тиҙләткестәрҙә) тиҙләтелгән электрон шәлкемдәре атом йәҙрәләре төҙөлөшөн һәм элементар киҫәксәләрҙең тәбиғәтен өйрәнеүҙә төп сараларҙың береһе булып тора. Электрон нуры көпшәһе — кинескоп — менән эшләгән телевизорҙар һәм мониторҙар көнкүрештә электрон нурҙарын ҡулланыу миҫалы булып тора. Электронлы микроскопта ла электрон шәлкемдәренең электронлы оптика закондарына буйһоноу һәләте файҙаланыла. Тиҙләтелгән электрон нурҙары шулай уҡ рентген нурланышын барлыҡҡа килтереү өсөн ҡулланыла. Транзисторҙар уйлап тапҡансы ғәмәлдә бөтә радиотехника һәм электроника вакуумлы электрон лампаларға нигеҙләнеп эшләй. Был лампаларҙа электр (йә магнит) ҡыры ярҙамында вакуумда электрондарҙың хәрәкәтенә идара ителә.

Электрон шәлкемдәре төтөн газдарын таҙартыу ҡоролмаларында[15] һәм ҡая-ташлы тоҡомдарҙы быраулау ҡоролмаларында ҡулланыла[16].

Квазикиҫәксә булараҡ электрон[үҙгәртергә | вики-тексты үҙгәртергә]

Әгәр электрон периодик потенциалда булһа, уның хәрәкәте квазикиҫәксә хәрәкәте итеп ҡарала[17]. Уның хәл-тороштары квазитулҡынлы вектор менән тасуирлана. Квадратлы дисперсия законы осрағында төп динамик һүрәтләнеш булып эффектив масса тора, уның ирекле электрон массаһынан ныҡ ҡына айырылыуы мөмкин һәм ул тензор булып тора[18].

Электрон һәм Ғаләм[үҙгәртергә | вики-тексты үҙгәртергә]

Ҙур шартлауҙан һуң секундтың йөҙҙән бер өлөшө үткән мәлгә Ғаләм электрондар, позитрондар, нейтринолар, фотондар, протондар, нейтрондар ҡатнашмаһынан тора. Һәр протон менән нейтронға яҡынса миллиард электрон, позитрон, нейтрино һәм фотон тура килә. Ҙур шартлауҙан һуң секунд үткәс, Ғаләмдә температура түбәнәйеп миллиард градусҡа ҡалғас, бөтә электрондар тиерлек позитрондар менән юҡ итешә[19].

Билдәле булыуынса[20], Ғаләмдәге һәр 100 нуклондың 87-һе — протон, 13-ө нейтрон булып тора (һуңғылары башлыса гелийҙың йәҙрә составына инә). Матдәнең дөйөм нейтраллеген тәьмин итеү өсөн протондар һәм электрондар һаны бер төрлө булырға тейеш. Барион массаһының тығыҙлығы (ул оптик ысул менән күҙәтелә) билдәле (0,4 куб метрға бер нуклон)[21]. Күҙәтелеүсе Ғаләмдең радиусын иҫәпкә алып (13,7 млрд яҡтылыҡ йылы), был күләмдә электрондар һанының ~1080 тәшкил итеүен иҫәпләп сығарырға була.

Электрондың электр заряды, Планктың даими дәүмәле һәм яҡтылыҡ тиҙлеге электромагнит тәьҫирләшеүҙәрҙең көсөнә йоғонто яһаусан нескә структура даими дәүмәлен билдәләй: .

Электрон массаһы, электрондың электр заряды һәм Планктың даими дәүмәле атомдарҙың үлсәмдәрен (Бор радиусы) билдәләй: см[22].

Радиогалактикаларҙың һәм пульсарҙарҙың радионурланышы был объекттар эргәһендәге магнит ҡырҙарында электрондарҙың синхротрон нурланышы менән аңлатыла. Беренсел космос нурҙарында энергияһы гигаэлектронвольттан ашыу булған электрондар өлөшө дөйөм ағымдың самаһын биләп тора[23].

Ҡыҫылған электрон газының баҫымы йондоҙҙар эволюцияһының һуңғы этабында ҙур роль уйнай. Чандрасекар сигенән кәмерәк массалы йондоҙҙар һыуынғандан һуң ҡыҫылған электрон газы баҫымы аҫтында тотороҡлолана һәм аҡ кәрләгә әүерелә. Ҙурыраҡ массалы йондоҙҙарҙа атом йәҙрәләре электрондарҙы эләктерә һәм нейтрондарға тарҡала (нейтрон йондоҙ)[24]. Электрондар һәм позитрондар ҡатнашлығындағы йәҙрә реакциялары үтә яңы йондоҙҙар шартлағанда мөһим вазифа башҡара[25].

Оҙонлоҡ үлсәменә эйә булған бер нисә физик дәүмәл электронға бәйле[26]:

  • электрон тулҡынының комптон оҙонлоғо см;
  • электрондың классик радиусы см;
  • электрондың гравитация радиусы см.

Ғаләмдәге бөтә электрондар үҙенсәлектәре буйынса тулыһынса бер төрлө. Әгәр электрондың электр зарядының дәүмәле менән билдәләнһә, кварктарҙан башҡа, бөтә билдәле элементар киҫәксәләрҙең электр заряды — , ә кварктарҙың электр заряды була. Электрондың массаһы бөтә билдәле булған элементар киҫәксәләрҙекенән киҫкен айырылып тора[27]. Электрондың классик радиусы йәҙрә көстәренең тәьҫир итеү радиусына тиң тиерлек[28][29].

Орбиталь[үҙгәртергә | вики-тексты үҙгәртергә]

Орбиталь — күп электронлы системала — бер электронлы тулҡын функцияһы[30].

Күп электронлы атом һәм молекуляр системаларҙы тасуирлар өсөн Шрёдингер тигеҙләмәһен теүәл генә сисеү урынына теге йәки был әйләнештәргә мөрәжәғәт итергә тура килә, бер электронлы, йәғни орбиталь әйләнеш, шуларҙың береһе булып тора. Уның нигеҙендә һәр электрондың индивидуаль хәл-торошо (электрондың йәҙрә йә ҡалған электрондар тарафынан хасил ителгән ниндәйҙер бер эффектив ҡырҙа хәрәкәт итеүенең стационар хәл-тороштары) булыуы тураһындағы фекер ята. Был стационар хәл-тороштар уларға ярашлы бер электронлы функциялар менән тасуирлана[30].

Электрон сәнғәт әҫәрҙәрендә[үҙгәртергә | вики-тексты үҙгәртергә]

  • В. Брюсов «Мир электрона» тигән шиғырын электронға бағышлаған.

Шулай уҡ ҡарағыҙ[үҙгәртергә | вики-тексты үҙгәртергә]

Иҫкәрмәләр[үҙгәртергә | вики-тексты үҙгәртергә]

  1. http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?me
  2. Также то же, что и электрум: «янтарного цвета сплав золота (80 %) с серебром (20 %)» (Черных П. Я. Историко-этимологический словарь).
  3. Атом // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: Ааронова — Бома эффект — Длинные линии. — 707 с. — 100 000 экз.Ҡалып:Книга:Физическая энциклопедия
  4. 4,0 4,1 Демельт Х.«Эксперименты с покоящейся изолированной субатомной частицей» // УФН, т. 160 (12), с. 129—139, 1990
  5. 5,0 5,1 Nobel lecture, December, 8, 1989, Hans D. Dehmelt Experiments with an isolated subatomic particle at rest
  6. Широков, 1972, с. 6767
  7. По предложению Карла Андерсона, открывшего позитрон в 1932 году.
  8. K. P. Beuermann et al. Cosmic-Ray Negatron and Positron Spectra Between 12 and 220 MeV // Phys. Rev. Lett.. — 1969. — Vol. 22. — P. 412–415. — DOI:10.1103/PhysRevLett.22.412
    H. Ejiri Difference between Log ft Values of Negatron Decays and Positron Decays from Odd-Odd Nuclei to Even-Even Nuclei // J. Phys. Soc. Jpn.. — 1967. — Vol. 22. — P. 360-367. — DOI:10.1143/JPSJ.22.360
    Из статьи J. G. Skibo, R. Ramaty Primary and Secondary Cosmic Ray Positrons and Electrons // 23rd International Cosmic Ray Conference. — 1993. — Vol. 2. — P. 132—135. — Bibcode1993ICRC....2..132S: «Hereafter, the term electron will refer to positrons and negatrons».
  9. Stoney, G. Johnstone, «Of the 'Electron,' or Atom of Electricity». Philosophical Magazine. Series 5, Volume 38, p. 418—420 October 1894.
  10. Wiechert E. // Schriften d. phys.-ökon. Gesell. zu Königsberg in Pr. 1897. 38. Jg. № 1. Sitzungsber. S. 3-16.
  11. Быков Г. В. К истории открытия электрона // Вопросы истории естествознания и техники. 1963. Вып. 15. С. 25-29.
  12. БСЭ
  13. Томсон Г. П. Семидесятилетний электрон // УФН. — 1968. — № 2. — С. 361—370. — ISSN 1996-6652. — URL: http://ufn.ru/ru/articles/1968/2/f/
  14. 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/
  15. Екатерина Зубкова БИНТИ Ускорители для очистки дымовых газов электростанций // Наука и жизнь. — 2017. — № 10. — С. 40 - 41.
  16. Екатерина Зубкова БИНТИ Пробурить скважину к глубинному теплу // Наука и жизнь. — 2017. — № 10. — С. 41.
  17. Киттель, Ч. Квантовая теория твердых тел. — М.-Л.: Наук, 1967. — С. 103
  18. Давыдов, А. С. Теория твердого тела. — М.: Мир, 1979. — С. 122
  19. Вайнберг С. Первые три минуты — М.: Эксмо, 2011. — 208 б. — ISBN 978-5-699-46169-1.
  20. Richard N. Boyd Big bang nucleosynthesis // Nuclear Physics A. — 2001. — Т. 693. — № 1-2. — С. 249-257.
  21. ASTROPHYSICAL CONSTANTS AND PARAMETERS
  22. Смородинский Я. А. Законы и парадоксы элементарных частиц // Физика наших дней. Сборник — М.: Знание, 1972. — С. 90—91.
  23. Дорман Л.И. Экспериментальные и теоретические основы астрофизики космических лучей — М.: Наука, 1975. — 464 б.
  24. Широков, 1972, с. 552552
  25. Широков, 1972, с. 558558
  26. Щёлкин К.И. Физика микромира — М.: Атомиздат, 1965. — 230 б.
  27. Розенталь И. Л., Архангельская И. В. Геометрия, динамика, Вселеннная. — М.: Едиториал УРСС, 2003. — С. 175. — ISBN 5-354-00413-6.
  28. Вайскопф В. Физика в двадцатом столетии. — М.: Атомиздат, 1977. — С. 103.
  29. Бор Н. Дискуссии с Эйнштейном о проблемах теории познания в атомной физике // Атомная физика и человеческое познание. — М.: ИЛ, 1961. — С. 92.
  30. 30,0 30,1 Дмитриев, Электрон глазами химика, 1986, с. 6565

Әҙәбиәт[үҙгәртергә | вики-тексты үҙгәртергә]

  • Все известные свойства электрона систематизированы в обзоре Particle Data Group [1] (инг.)(инг.).
  • М. П. Бронштейн Атомы и электроны, М., Наука, 1980, 152 с., Библиотечка «Квант», вып. 1. тир. 150000 экз.
  • Дмитриев И.С. Электрон глазами химика / 2-е изд., испр. — Л.: Химия, 1986. — 225 б.
  • Широков Ю. М., Юдин Н. П. Ядерная физика. — М.: Наука, 1972. — 670 с.