Колика је маса електрона?

Познато је да електрони имају негативан набој. Али како можемо бити сигурни да су маса електрона и њен набој константни за све ове честице? Ово можете проверити само тако што ћете је ухватити у лету. Заустављајући се, губи се међу молекулима и атомима који чине лабораторијску опрему. Процес познавања микрокосмоса и његових честица је прошао дуг пут: од првих примитивних експеримената до најновијих достигнућа у области експерименталне атомске физике.

Прве информације о електронима

Пре сто педесет година, електрони нису били познати. Прво звоно, које указује на постојање "цигли" струје, били су експерименти на електролизи. У свим случајевима, свака набијена честица супстанце носила је стандардни електрични набој који је имао исту величину. У неким случајевима, износ накнаде се удвостручио или утростручио, али је увијек остао вишеструк од минималне вриједности наплате.

Експерименти Ј. Тхомпсона

У лабораторији Цавендисх, Ј. Тхомсон је провео експеримент који је заправо доказао постојање честица електричне енергије. Да би то урадио, научник је истражио зрачење емитовано из катодних цеви. У експерименту, зраци су се одбијали од негативно набијене плоче и привлачили позитивно наелектрисаном. Потврђена је хипотеза о сталном присуству неких електричних честица у електричном пољу. Њихова брзина је била упоредива са брзину светлости.Елецтриц цхарге у погледу масе честица, испоставило се да је невероватно велика. На основу његових запажања, Тхомпсон је извео неколико закључака, који су касније потврђени другим студијама.

Тхомпсонови закључци

1. Атоми се могу разбити када се бомбардирају бржим честицама. У овом случају, негативно набијене крвне масе избачене су из средине атома.
2. Све набијене честице имају исту масу и набој, без обзира на супстанцу из које су добијене.
3. Маса ових честица је много мања од масе најслабијег атома.
4. Свака честица супстанце носи најмању могућу фракцију електричног набоја, од којих најмање не постоји у природи. Свако напуњено тело носи цео број електрона.

Детаљни експерименти омогућили су израчунавање параметара мистериозних микрочестица. Као резултат тога, откривено је да су отворене напуњене ћелије недељиви атоми електричне енергије. Касније су добили име електрона. Дошао је из античке Грчке и показао се прикладним за опис новооткривене честице.

Директно мерење брзине електрона

Пошто не постоји могућност да се види електрон, експерименти неопходни за мерење основних количина ове елементарне честице су направљени уз помоћ електромагнетних и гравитационих поља. Ако први утиче само на наелектрисање електрона, онда је помоћу танких експеримената, узимајући у обзир гравитациони ефекат, било могуће приближно израчунати масу електрона.

Електронски пиштољ

Прва мерења масе и набоја електрона извршена су електронском пушком. Дубоки вакуум у телу пиштоља омогућава да се електрони носе уским снопом од једног катода до другог. Електрони су присиљени да пролазе кроз уске рупе двапут на константној брзини в . Постоји процес сличан ономе како млаз из вртног цријева улази у рупу у огради. Дијелови електрона лете дуж цијеви константном брзином. Експериментално је доказано да ако је напон примењен на електронски топ 100 В, тада ће се брзина електрона израчунати као 6 милиона м / с.

Експериментални закључци

Директно мерење брзине електрона показује да без обзира на материјале од којих је направљен пиштољ и која је разлика потенцијала, испуњен је однос е / м = цонст.

Овај закључак је направљен почетком 20. века. Хомогене снопове наелектрисаних честица још није било могуће створити, за експерименте су кориштени други уређаји, али је резултат остао исти. Експеримент нам је омогућио да извучемо неколико закључака. Однос набоја електрона према његовој маси је исти за електроне. То омогућава да се закључи о универзалности електрона као интегралног дела било које материје у нашем свету. При веома високим брзинама, е / м је мање од очекиваног. Овај парадокс је сасвим разумљив чињеницом да се при великим брзинама, упоредивим са брзином светлости, маса честице повећава. Гранични услови Лоренцових трансформација сугеришу да када је брзина тела једнака брзини светлости, маса овог тела постаје бесконачна. Примјетан пораст масе електрона јавља се у потпуној сагласности са теоријом релативности.

Електрон и његова маса мировања

Парадоксални закључак да маса електрона није константна подразумева неке занимљиве закључке. У нормалном стању, маса мировања електрона се не мења. Може се мјерити на основу различитих експеримената. Тренутно, маса електрона се мери неколико пута и износи 9.10938291 (40) · 10⁻³¹ кг Електрони са таквом масом улазе хемијске реакције обликују покрет електрична струја најтачније инструменте који бележе нуклеарне реакције. Примјетан пораст ове вриједности могућ је само при брзинама блиским брзини свјетлости.

Електрони у кристалима

Физика чврстог стања је наука која посматра понашање набијених честица у кристалима. Резултат бројних експеримената био је стварање посебне количине која карактерише понашање електрона у пољима сила кристалних супстанци. То је такозвана ефективна маса електрона. Његова вредност се израчунава на основу чињенице да је кретање електрона у кристалу подложно додатним силама, чији је извор сам цристал латтице. Такво кретање се може описати као стандард за слободни електрон, али при израчунавању момента и енергије такве честице, потребно је узети у обзир не масу мировања електрона, већ ефективну, чија ће вредност бити различита.

Електронски импулс у кристалу

Стање сваке слободне честице може се окарактерисати величином његовог момента. Пошто је вредност импулса већ одређена, онда, према принципу несигурности, координате честица изгледају замагљене у кристалу. Вероватноћа сусрета електрона у било којој тачки кристалне решетке је скоро иста. Електронски импулс карактерише његово стање у било којој координати енергетског поља. Прорачуни показују да је зависност електронске енергије од њеног момента иста као и за слободну честицу, али маса електрона може имати вредност која се разликује од уобичајене. Генерално, енергија електрона, изражена кроз импулс, имаће облик Е (п) = п ² / 2м *. У овом случају, м * је ефективна маса електрона. Практична примена ефективне масе електрона је изузетно важна у развоју и проучавању нових полупроводничких материјала који се користе у електроници и микротехнологији.

Маса електрона, као и свака друга квазичестица, не може се окарактерисати стандардним карактеристикама које су погодне за наш Универзум. Свака карактеристика микрочестице може изненадити и оспорити све наше идеје о свету око нас.