icon-star icon-cart icon-close icon-heart icon-info icon-pause icon-play icon-podcast icon-question icon-refresh icon-tile icon-users icon-user icon-search icon-lock icon-comment icon-like icon-not-like icon-plus article-placeholder article-plus-notepad article-star man-404 icon-danger icon-checked icon-article-edit icon-pen icon-fb icon-vk icon-tw icon-google
Елена Асвойнова-Травина
Обучение

Что такое электроны?

  • 2989
  • 0

Что такое электроны?

Д
Давным-давно – в эпоху античности – древнегреческий философ Демокрит выдвинул идею, что всё в мире состоит не мельчайших неделимых частиц, которые он назвал атомами…

Разумеется, атомы Демокрита (круглые, с крючками и проч.) – это не совсем то, что назвали атомами физики позднейших времён, но сама идея о мельчайших структурных единицах материи оказалась плодотворной. Со временем стало ясно, что атомы уже не могут претендовать на эту роль – они тоже из чего-то состоят.

Впрочем, материя существует не только в виде вещества, поле – это тоже материальная субстанция, в частности, поле электрическое. Что, если электричество состоит из подобных частиц – «атомов электричества»? Об этом задумывались многие физики: Б.Франклин, И.Риттер, а Дж.Стоней даже предложил для такой структурной единицы термин – «электрон». Впрочем, честь открытия принадлежит не ему.

1897 год. Английский физик Дж.Томсон завершает эксперименты с катодными лучами (т.е. лучами, которые испускают катоды катодом – электродом, подсоединённым к отрицательному полюсу прибора). В ходе опыта упомянутые лучи проходят через систему металлических пластин и через систему катушек. Пластины создают поле электрическое, а катушки – магнитное. Как действуют эти поля на лучи? Каждое поле в отдельности изменяет их траекторию, но при определённом соотношении полей она остаётся прямой, это определяется скоростью частиц, составляющих лучи. Измерения показывают, что скорость эта меньше скорости света… значит, частицы обладают массой! Вот они – атомы электричества! Т.е., конечно, не атомы – они обладают совсем другими свойствами… сам Дж.Томсон назвал их корпускулами (частицами), но впоследствии прижилось название «электрон».

А откуда они взялись – эти корпускулы-электроны? Да из атомов – откуда же ещё? Они должны существовать как их составные части. Дж.Томсон даже предположил, как это выглядит: атом представляет собой сферу, по которой равномерно распределён положительный заряд, а в ней, как изюмины в пудинге, помещаются отрицательно заряженные электроны.

Эта модель была опровергнута Э.Резерфордом: в опыте по рассеиванию альфа-частиц по золотой фольге угол рассеивания оказался неожиданно большим. Это говорило о том, что центр рассеивания примерно в 3000 раз меньше атома, а электрический заряд в нём сосредоточен изрядный. Размер атома и заряд электронов на тот момент были известны, что центримеет заряд, противоположный заряду электронов… этот центр был назван ядром. Так родилась планетарная модель атома, согласно такой моели отрицательно заряженные электроны вращаются вокруг положительно заряженного атомного ядра, как планеты вокруг Солнца.

Что известно физиком об электроне на сегодняшний день? Он неделим и бесструктурен. Он – самый лёгкий из заряженных частиц, когда-то считался и самым лёгким среди частиц, обладающих массой, но этот «рекорд» отняло у него открытие другой частицы – нейтрино. Он участвует в гравитационном и в электромагнитном взаимодействии. В отличие от относительно статичных протонов, электроны не склонны «сидеть на месте», из-за своего постоянного движения они и не соединяются с ядром. А в металлах часть электронов вообще не связана с атомами и перемещается свободно, поэтому металлы так хорошо проводят электрический ток.

Одна из главных загадок электрона – это его дуализм: электрон демонстрирует свойства то частицы, то волны. И уж совсем умопомрачительно выглядит теория американского физика Р.Фейнмана об одноэлектронной Вселенной: все электроны во Вселенной – это один электрон, который попеременно находится в разных точках пространства… Впрочем, у электрона ещё много нераскрытых тайн. «Электрон также неисчерпаем, как атом», – с В.И.Лениным можно спорить в чём угодно, но только не в этом. «Быть может, эти электроны – миры, где пять материков», – писал В.Брюсов. Впрочем, это уже из области поэзии, а не науки.

Вам необходимо или зарегистрироваться, чтобы оставлять комментарии
выбор читателя

Выбор читателя

16+