มวลที่เหลือของอิเล็กตรอนคือเท่าไร? อิเล็กตรอนประกอบด้วยอะไร? มวลอิเล็กตรอนและประจุ

อิเล็กตรอน. การศึกษาและโครงสร้างของอิเล็กตรอน โมโนโพลแม่เหล็กของอิเล็กตรอน

(ต่อ)

ส่วนที่ 4 โครงสร้างของอิเล็กตรอน

4.1. อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคสององค์ประกอบซึ่งประกอบด้วยสนามที่มีความหนาแน่นยิ่งยวด (ควบแน่นและมีความเข้มข้น) เพียงสองแห่งเท่านั้น - สนามไฟฟ้า-ลบและ สนามแม่เหล็ก-N- ในกรณีนี้:

ก) ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเป็นค่าสูงสุดที่เป็นไปได้ในธรรมชาติ

b) ขนาดอิเล็กตรอน (D = 10 -17 ซม. หรือน้อยกว่า) - น้อยที่สุดในธรรมชาติ;

c) ตามข้อกำหนดในการลดพลังงานอนุภาคทั้งหมด - อิเล็กตรอน, โพซิตรอน, อนุภาคที่มีประจุเป็นเศษส่วน, โปรตอน, นิวตรอน ฯลฯ จะต้องมี (และมี) รูปร่างทรงกลม

d) ด้วยเหตุผลที่ไม่ทราบสาเหตุ โดยไม่คำนึงถึงค่าพลังงานของโฟตอน "ต้นกำเนิด" อิเล็กตรอนทั้งหมด (และโพซิตรอน) เกิดมาเหมือนกันทุกประการในพารามิเตอร์ของพวกมัน (เช่น มวลของอิเล็กตรอนและโพซิตรอนทั้งหมดคือ 0.511 MeV)

4.2. “มีการระบุไว้อย่างน่าเชื่อถือว่าสนามแม่เหล็กของอิเล็กตรอนเป็นสมบัติปริพันธ์เดียวกันกับมวลและประจุของมัน สนามแม่เหล็กของอิเล็กตรอนทุกตัวจะเท่ากัน เช่นเดียวกับมวลและประจุของพวกมัน” (c) สิ่งนี้ทำให้เราได้ข้อสรุปที่ชัดเจนโดยอัตโนมัติเกี่ยวกับความสมมูลของมวลและประจุของอิเล็กตรอน นั่นก็คือ มวลของอิเล็กตรอน มีค่าเทียบเท่ากับประจุ และในทางกลับกัน ประจุของอิเล็กตรอนเท่ากับมวล (สำหรับโพซิตรอน - ในทำนองเดียวกัน)

4.3. คุณสมบัติความเท่าเทียมกันนี้ยังใช้กับอนุภาคที่มีประจุเป็นเศษส่วน (+2/3) และ (-1/3) ซึ่งเป็นพื้นฐานของควาร์ก นั่นคือ: มวลของโพซิตรอน อิเล็กตรอน และอนุภาคเศษส่วนทั้งหมดมีค่าเท่ากันกับประจุ และในทางกลับกัน ประจุของอนุภาคเหล่านี้จะเท่ากับมวล ดังนั้นประจุจำเพาะของอิเล็กตรอน โพซิตรอน และอนุภาคเศษส่วนทั้งหมดจะเท่ากัน (const) และเท่ากับ 1.76 * 10 11 กิโลลิตร/กก.

4.4. เนื่องจาก ควอนตัมพลังงานเบื้องต้นจะเป็นควอนตัมมวลเบื้องต้นโดยอัตโนมัติ ดังนั้นมวลของอิเล็กตรอน (โดยคำนึงถึงการมีอยู่ของอนุภาคเศษส่วน 1/3 และ 2/3) จะต้องมีค่านิยม , ผลคูณของมวลของครึ่งควอนต้าที่เป็นลบสามค่า (ดูเพิ่มเติมที่ “โฟตอน โครงสร้างของโฟตอน หลักการเคลื่อนที่ ย่อหน้าที่ 3.4)

4.5. การกำหนดโครงสร้างภายในของอิเล็กตรอนเป็นเรื่องยากมากด้วยเหตุผลหลายประการ อย่างไรก็ตาม การพิจารณาอิทธิพลขององค์ประกอบทั้งสอง (ไฟฟ้าและแม่เหล็ก) ต่อโครงสร้างภายในของอิเล็กตรอนเป็นที่น่าสนใจอย่างมาก ดูภาพประกอบ 7.

รูปที่ 7 โครงสร้างภายในอิเล็กตรอน ตัวเลือก:

ตัวเลือก #1 กลีบครึ่งควอนตัมเชิงลบแต่ละคู่จะก่อตัวเป็น "ไมโครอิเล็กตรอน" ซึ่งจะก่อตัวเป็นอิเล็กตรอน ในกรณีนี้ จำนวน “ไมโครอิเล็กตรอน” จะต้องเป็นผลคูณของสาม

ตัวเลือก #2 อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีสององค์ประกอบ ซึ่งประกอบด้วยโมโนโพลซีกครึ่งทรงกลมอิสระสองตัวที่เชื่อมต่อกัน - ไฟฟ้า (-) และแม่เหล็ก (N)

ตัวเลือก #3 อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคสององค์ประกอบซึ่งประกอบด้วยโมโนโพลสองตัว - ไฟฟ้าและแม่เหล็ก ในกรณีนี้ โมโนโพลแม่เหล็กทรงกลมจะอยู่ที่ศูนย์กลางของอิเล็กตรอน

ตัวเลือกหมายเลข 4 ตัวเลือกอื่นๆ

เห็นได้ชัดว่าสามารถพิจารณาตัวเลือกได้เมื่อสามารถมีสนามไฟฟ้า (-) และสนามแม่เหล็ก (N) ภายในอิเล็กตรอนได้ไม่เพียง แต่ในรูปของโมโนโพลขนาดกะทัดรัดเท่านั้น แต่ยังอยู่ในรูปแบบของสารเนื้อเดียวกันนั่นคือก่อตัวเป็นสารที่ไม่มีโครงสร้างในทางปฏิบัติ ? ผลึก? เป็นเนื้อเดียวกัน? อนุภาค. อย่างไรก็ตาม เรื่องนี้ยังเป็นที่น่าสงสัยอย่างมาก

4.6. แต่ละตัวเลือกที่เสนอเพื่อพิจารณามีข้อดีและข้อเสียในตัวเองเช่น:

ก) ตัวเลือกหมายเลข 1 อิเล็กตรอนของการออกแบบนี้ทำให้สามารถสร้างอนุภาคเศษส่วนที่มีมวลและประจุเป็นจำนวนเท่าของ 1/3 ได้อย่างง่ายดาย แต่ในขณะเดียวกัน พวกมันก็ทำให้ยากต่อการอธิบายสนามแม่เหล็กของอิเล็กตรอนเอง

b) ตัวเลือกหมายเลข 2 เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบนิวเคลียสของอะตอม อิเล็กตรอนตัวนี้จะถูกมุ่งไปยังนิวเคลียสอย่างต่อเนื่องด้วยโมโนโพลไฟฟ้า ดังนั้นจึงสามารถหมุนรอบแกนได้เพียงสองตัวเลือก - ตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา (แยก Pauli?) เป็นต้น

4.7. เมื่อพิจารณาตัวเลือกที่ระบุ (หรือเสนอใหม่) จำเป็นต้องคำนึงถึงคุณสมบัติและลักษณะที่แท้จริงของอิเล็กตรอนรวมทั้งคำนึงถึงข้อกำหนดบังคับหลายประการเช่น:

การปรากฏตัวของสนามไฟฟ้า (ประจุ);

การปรากฏตัวของสนามแม่เหล็ก

ความเท่าเทียมกันของพารามิเตอร์บางตัว เช่น มวลของอิเล็กตรอนเทียบเท่ากับประจุและในทางกลับกัน

ความสามารถในการสร้างอนุภาคเศษส่วนที่มีมวลและประจุทวีคูณของ 1/3

ความพร้อมของชุด ตัวเลขควอนตัม, กลับ ฯลฯ

4.8. อิเล็กตรอนปรากฏเป็นอนุภาคที่มีสององค์ประกอบ โดยครึ่งหนึ่ง (1/2) เป็นสนามไฟฟ้าที่มีความหนาแน่นลบ (โมโนโพลไฟฟ้า-ลบ) และครึ่งหลัง (1/2) เป็นสนามแม่เหล็กที่มีความหนาแน่น (โมโนโพลแม่เหล็ก -น) อย่างไรก็ตาม ควรจำไว้ว่า:

สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ณ เงื่อนไขบางประการสามารถสร้างกันและกันได้ (กลายเป็นกัน);

อิเล็กตรอนไม่สามารถเป็นอนุภาคที่มีองค์ประกอบเดียวได้และประกอบด้วยสนามลบ 100% เนื่องจากสนามลบที่มีประจุเดี่ยวจะสลายตัวเนื่องจากแรงผลักกัน นั่นคือเหตุผลว่าทำไมจึงต้องมีส่วนประกอบแม่เหล็กอยู่ภายในอิเล็กตรอน

4.9. น่าเสียดายที่งานนี้เป็นไปไม่ได้ที่จะดำเนินการวิเคราะห์ข้อดีและข้อเสียทั้งหมดของตัวเลือกที่เสนอและเลือกตัวเลือกที่ถูกต้องเพียงตัวเดียวสำหรับโครงสร้างภายในของอิเล็กตรอน

ตอนที่ 5. “คุณสมบัติคลื่นของอิเล็กตรอน”

5.1. “ภายในสิ้นปี พ.ศ. 2467 มุมมองตามที่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้ามีพฤติกรรมบางส่วนเหมือนคลื่นและบางส่วนเหมือนอนุภาคกลายเป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป... และในเวลานี้เองที่ชาวฝรั่งเศส Louis de Broglie ซึ่งเป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในเวลานั้นมีความคิดที่ยอดเยี่ยม: เหตุใดสิ่งเดียวกันจึงไม่สามารถเป็นเนื้อหาได้? Louis de Broglie ทำงานตรงกันข้ามกับอนุภาคกับสิ่งที่ Einstein ทำกับคลื่นแสง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับไอน์สไตน์กับอนุภาคของแสง เดอ บรอกลีเชื่อมโยงการเคลื่อนที่ของอนุภาคกับการแพร่กระจายของคลื่น ซึ่งเขาเรียกว่าคลื่นของสสาร สมมติฐานของเดอ บรอกลีมีพื้นฐานมาจากความคล้ายคลึงกันของสมการที่อธิบายพฤติกรรมของรังสีแสงและอนุภาคของสสาร และเป็นไปในเชิงทฤษฎีล้วนๆ จำเป็นต้องมีข้อเท็จจริงเชิงทดลองเพื่อยืนยันหรือหักล้าง” (ค)

5.2. “ในปี 1927 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน K. Davisson และ K. Germer ค้นพบว่าเมื่ออิเล็กตรอน “สะท้อน” จากพื้นผิวของผลึกนิกเกิล ค่าสูงสุดจะปรากฏที่มุมการสะท้อนที่แน่นอน ข้อมูลที่คล้ายกัน (ลักษณะของค่าสูงสุด) มีอยู่แล้วจากการสังเกตการเลี้ยวเบนของคลื่นรังสีเอกซ์บนโครงสร้างผลึก ดังนั้น การปรากฏของจุดสูงสุดเหล่านี้ในลำอิเล็กตรอนสะท้อนจึงไม่สามารถอธิบายด้วยวิธีอื่นใดได้ ยกเว้นบนพื้นฐานของแนวคิดเกี่ยวกับคลื่นและการเลี้ยวเบนของพวกมัน ดังนั้น คุณสมบัติคลื่นของอนุภาค—อิเล็กตรอน (และสมมติฐานของเดอ บรอกลี) จึงได้รับการพิสูจน์โดยการทดลอง ”(ค)

5.3. อย่างไรก็ตามการพิจารณากระบวนการเกิดคุณสมบัติทางร่างกายของโฟตอนที่ระบุไว้ในงานนี้ (ดูรูปที่ 5) ช่วยให้เราสามารถสรุปข้อสรุปได้ค่อนข้างชัดเจน:

ก) เมื่อความยาวคลื่นลดลงจาก 10 -4 มากถึง 10 - 10 (ค)(ค)(ค)(ค)(ค) เห็นว่าสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กของโฟตอนมีความหนาแน่นมากขึ้น

(ค)(ค)(ค)(ค)(ค)(ค)(ค)(ค)(ค)(ค) b) เมื่อสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กหนาแน่นขึ้นที่ "เส้นแบ่ง" การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของ "ความหนาแน่น" ของสนามเริ่มต้นขึ้น และในช่วงรังสีเอกซ์แล้ว ความหนาแน่นของสนามจะเทียบได้กับความหนาแน่นของ "ปกติ" ” อนุภาค

c) ดังนั้น โฟตอนที่เอกซเรย์เมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งกีดขวาง จะไม่สะท้อนจากสิ่งกีดขวางเป็นคลื่นอีกต่อไป แต่จะเริ่มสะท้อนกลับเป็นอนุภาค

5.4. นั่นคือ:

ก) อยู่ในช่วงการตรวจเอกซเรย์แบบอ่อนแล้ว สนามแม่เหล็กไฟฟ้าโฟตอนมีความหนาแน่นมากจนยากต่อการตรวจจับคุณสมบัติคลื่นของมัน ข้อความอ้างอิง: “ยิ่งความยาวคลื่นของโฟตอนสั้นเท่าใด การตรวจจับคุณสมบัติของคลื่นก็จะยิ่งยากขึ้นเท่านั้น และคุณสมบัติของอนุภาคก็จะยิ่งเด่นชัดมากขึ้นเท่านั้น”

b) ในช่วงรังสีเอกซ์และแกมมาชนิดแข็ง โฟตอนจะมีพฤติกรรมเหมือนอนุภาค 100% และแทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะตรวจจับคุณสมบัติของคลื่นในอนุภาคเหล่านั้น นั่นคือ: รังสีเอกซ์และโฟตอนแกมมาจะสูญเสียคุณสมบัติของคลื่นไปโดยสิ้นเชิงและกลายเป็นอนุภาคหนึ่งร้อยเปอร์เซ็นต์ ข้อความอ้างอิง: “พลังงานของควอนต้าในช่วงรังสีเอกซ์และแกมมานั้นสูงมากจนการแผ่รังสีมีพฤติกรรมเหมือนกระแสอนุภาคเกือบทั้งหมด” (c)

c) ดังนั้น ในการทดลองเกี่ยวกับการกระเจิงของโฟตอนรังสีเอกซ์จากพื้นผิวของคริสตัล มันจึงไม่ใช่คลื่นอีกต่อไป แต่เป็นอนุภาคธรรมดาที่กระเด็นออกจากพื้นผิวของคริสตัลและทำซ้ำโครงสร้างของโครงตาข่ายคริสตัล

5.5. ก่อนการทดลองของ K. Davisson และ K. Germer มีข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับการสังเกตการเลี้ยวเบนของคลื่นรังสีเอกซ์บนโครงสร้างผลึกอยู่แล้ว ดังนั้น เมื่อได้รับผลลัพธ์ที่คล้ายกันในการทดลองการกระเจิงของอิเล็กตรอนบนผลึกนิกเกิล พวกเขาจึงระบุคุณสมบัติของคลื่นของอิเล็กตรอนโดยอัตโนมัติ อย่างไรก็ตาม อิเล็กตรอนเป็นอนุภาค "ของแข็ง" ที่มีมวลนิ่ง ขนาด และอื่นๆ จริง ไม่ใช่อนุภาคอิเล็กตรอนที่มีพฤติกรรมเหมือนคลื่นโฟตอน แต่โฟตอนรังสีเอกซ์มี (และแสดง) คุณสมบัติทั้งหมด ของอนุภาค ไม่ใช่อิเล็กตรอนที่สะท้อนจากสิ่งกีดขวางเป็นโฟตอน แต่เป็นโฟตอนที่รังสีเอกซ์ที่สะท้อนจากสิ่งกีดขวางเป็นอนุภาค

5.6. ดังนั้น: อิเล็กตรอน (และอนุภาคอื่นๆ) ไม่มี ไม่มี และไม่สามารถมี "คุณสมบัติของคลื่น" ใดๆ ได้ และไม่มีข้อกำหนดเบื้องต้นซึ่งมีโอกาสน้อยกว่ามากในการเปลี่ยนแปลงสถานการณ์นี้

ส่วนที่ 6 ข้อสรุป

6.1 อิเล็กตรอนและโพซิตรอนเป็นอนุภาคแรกและเป็นอนุภาคมูลฐาน ซึ่งการมีอยู่ของอนุภาคดังกล่าวเป็นตัวกำหนดลักษณะของควาร์ก โปรตอน ไฮโดรเจน และองค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมดของตารางธาตุ

6.2. ในอดีต อนุภาคหนึ่งเรียกว่าอิเล็กตรอนและมีเครื่องหมายลบ (สสาร) และอีกอนุภาคเรียกว่าโพซิตรอนและมีเครื่องหมายบวก (ปฏิสสาร) “พวกเขาตกลงที่จะพิจารณาประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอนที่เป็นลบตามข้อตกลงก่อนหน้านี้ในการเรียกประจุของอำพันที่เป็นลบ” (c)

6.3. อิเล็กตรอนสามารถปรากฏได้ (ปรากฏ = เกิด) เฉพาะคู่ที่มีโพซิตรอน (คู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอน) การปรากฏตัวในธรรมชาติของอิเล็กตรอนหรือโพซิตรอนที่ “ไม่จับคู่” (เดี่ยว) อย่างน้อยหนึ่งตัวถือเป็นการละเมิดกฎการอนุรักษ์ประจุ ความเป็นกลางทางไฟฟ้าโดยทั่วไปของสสาร และเป็นไปไม่ได้ในทางเทคนิค

6.4. การก่อตัวของคู่อิเล็กตรอน - โพซิตรอนในสนามคูลอมบ์ของอนุภาคที่มีประจุเกิดขึ้นหลังจากการหารโฟตอนควอนตัมเบื้องต้นในทิศทางตามยาวออกเป็นสองส่วน: ลบ - ซึ่งอนุภาคลบ (อิเล็กตรอน) จะเกิดขึ้นและบวก - จากที่ จะเกิดอนุภาคบวก (โพซิตรอน) การแบ่งโฟตอนที่เป็นกลางทางไฟฟ้าในทิศทางตามยาวออกเป็นสองส่วนโดยมีมวลเท่ากันอย่างแน่นอน แต่มีประจุ (และสนามแม่เหล็ก) ต่างกัน ถือเป็นคุณสมบัติตามธรรมชาติของโฟตอนซึ่งเป็นผลมาจากกฎการอนุรักษ์ประจุ เป็นต้น การมีอยู่ "ภายใน" ” ไม่รวมอิเล็กตรอนของ "อนุภาคบวก" ในปริมาณเล็กน้อย และไม่รวม "ภายใน" โพซิตรอน - "อนุภาคลบ" ไม่รวมการปรากฏตัวของ "อนุภาค" ที่เป็นกลางทางไฟฟ้า (เศษชิ้นส่วนชิ้นส่วน ฯลฯ ) ของโฟตอนแม่ที่อยู่ภายในอิเล็กตรอนและโปรตอนด้วย

6.5. ด้วยเหตุผลที่ไม่ทราบสาเหตุ อิเล็กตรอนและโพซิตรอนทั้งหมดถือกำเนิดขึ้นเป็นอนุภาค "สูงสุด-ต่ำสุด" มาตรฐาน (นั่นคือ พวกมันไม่สามารถมีขนาดใหญ่กว่าได้ และไม่สามารถมีขนาดเล็กลงในด้านมวล ประจุ ขนาด และคุณลักษณะอื่น ๆ ) ไม่รวมการก่อตัวของอนุภาคบวกที่เล็กกว่าหรือใหญ่กว่า (โพซิตรอน) และอนุภาคลบ (อิเล็กตรอน) จากโฟตอนแม่เหล็กไฟฟ้า

6.6. โครงสร้างภายในของอิเล็กตรอนถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าโดยเฉพาะตามลำดับลักษณะที่ปรากฏ: อิเล็กตรอนถูกสร้างขึ้นเป็นอนุภาคที่มีสององค์ประกอบ ซึ่งก็คือ 50% เป็นสนามไฟฟ้าที่มีความหนาแน่น-ลบ (โมโนโพลไฟฟ้า-ลบ) และ 50% เป็นแม่เหล็กที่มีความหนาแน่น สนามแม่เหล็ก (โมโนโพลแม่เหล็ก-N) โมโนโพลทั้งสองนี้ถือได้ว่าเป็นอนุภาคที่มีประจุต่างกัน ซึ่งระหว่างนั้นจะมีแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน (การยึดเกาะ) เกิดขึ้น

6.7. โมโนโพลแม่เหล็กมีอยู่ แต่ไม่ใช่ในรูปแบบอิสระ แต่เป็นส่วนประกอบของอิเล็กตรอนและโพซิตรอนเท่านั้น ในกรณีนี้ โมโนโพลแม่เหล็ก (N) เป็นส่วนสำคัญของอิเล็กตรอน และโมโนโพลแม่เหล็ก (S) เป็นส่วนสำคัญของโพซิตรอน จำเป็นต้องมีส่วนประกอบแม่เหล็ก "ภายใน" อิเล็กตรอน เนื่องจากมีเพียงโมโนโพลแม่เหล็ก - (N) เท่านั้นที่สามารถสร้างพันธะที่แข็งแกร่งมาก (และความแข็งแกร่งอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน) ด้วยโมโนโพลไฟฟ้าที่มีประจุเพียงตัวเดียว - ลบ

6.8. อิเล็กตรอนและโพซิตรอนมีความเสถียรมากที่สุดและเป็นอนุภาคที่การสลายตัวเป็นไปไม่ได้ทั้งทางทฤษฎีและในทางปฏิบัติ พวกมันแบ่งแยกไม่ได้ (ในแง่ของประจุและมวล) นั่นคือ: การแบ่งอิเล็กตรอนหรือโพซิตรอนที่เกิดขึ้นเอง (หรือถูกบังคับ) ออกเป็นหลายส่วนที่สอบเทียบหรือ "ขนาดต่างกัน" จะถูกแยกออก

6.9. อิเล็กตรอนเป็นนิรันดร์และไม่สามารถ "หายไป" ได้จนกว่าจะพบกับอนุภาคอื่นที่มีประจุไฟฟ้าและแม่เหล็กมีขนาดเท่ากันแต่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม (โพซิตรอน)

6.10. ตั้งแต่ จาก คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหากสามารถปรากฏอนุภาคมาตรฐาน (ปรับเทียบแล้ว) ได้เพียงสองอนุภาค ได้แก่ อิเล็กตรอนและโพซิตรอน ดังนั้นบนพื้นฐานของอนุภาคเหล่านี้ มีเพียงควาร์กมาตรฐาน โปรตอน และนิวตรอนเท่านั้นที่สามารถปรากฏได้ ดังนั้นสสารที่มองเห็นได้ (แบริออน) ทั้งหมดของเราและจักรวาลอื่น ๆ ทั้งหมดจึงประกอบด้วยสิ่งที่เหมือนกัน องค์ประกอบทางเคมี(ตารางของเมนเดเลเยฟ) และกฎเดียวกันนี้ใช้ทุกที่ ค่าคงที่ทางกายภาพและ กฎหมายพื้นฐานคล้ายกับกฎหมาย “ของเรา” ไม่รวมถึงการปรากฏตัวของอนุภาคมูลฐาน "อื่นๆ" และองค์ประกอบทางเคมี "อื่นๆ" ณ จุดใดๆ ในอวกาศอันไม่มีที่สิ้นสุด

6.11. สสารที่มองเห็นได้ทั้งหมดในจักรวาลของเราถูกสร้างขึ้นจากโฟตอน (สันนิษฐานว่ามาจากช่วงไมโครเวฟ) ตามรูปแบบเดียวที่เป็นไปได้: โฟตอน → คู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอน → อนุภาคเศษส่วน → ควาร์ก, กลูออน → โปรตอน (ไฮโดรเจน) ดังนั้นสสาร "แข็ง" ทั้งหมดในจักรวาลของเรา (รวมถึง Homo sapiens) จึงควบแน่นสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กของโฟตอน ไม่มี "สสาร" อื่น ๆ สำหรับการก่อตัวในจักรวาล ไม่มีและไม่สามารถมีได้

ป.ล. อิเล็กตรอนไม่มีวันหมด?

เราจะทดลองหามวลของอิเล็กตรอนหรือโปรตอนได้อย่างไรโดยการเร่งอนุภาคที่มีประจุไปตามส่วนของเส้นทางที่รู้จักในสนามไฟฟ้าที่สม่ำเสมอและวัดความเร็วสุดท้ายของมัน ดังที่ทราบกันดีว่า หากวัตถุเคลื่อนที่ในเส้นทาง d ในทิศทางของแรง F งาน Fd ที่ใช้ในการเคลื่อนที่วัตถุจะเท่ากับการเพิ่มขึ้นของพลังงานจลน์ของมัน หากการเคลื่อนไหวเริ่มต้นจากสภาวะนิ่ง งานนี้จะเท่ากับพลังงานจลน์สุดท้ายของร่างกายด้วย: Fd= เอ็มวี 2 /2

ดังนั้น หากทราบ F, d และ v ก็จะสามารถหามวล m ได้จากตรงนี้

ในการทดลองเกี่ยวกับเรื่องไหน เราจะคุยกันอนุภาคที่มีประจุที่เราสนใจจะถูกเร่งโดยสนามแรงสม่ำเสมอระหว่างแผ่นโลหะที่มีประจุสองแผ่น เมื่อทราบระยะห่างระหว่างเพลตกับจำนวนแบตเตอรี่ที่ชาร์จ จึงสามารถกำหนดแรงไฟฟ้าที่ใช้กับประจุเบื้องต้นแต่ละอันได้ การทดลองดำเนินการในสุญญากาศเพื่อกำจัดแรงต้านอากาศที่เกิดขึ้นในเครื่องชั่งระดับไมโคร-ไมโคร นอกจากนี้ เนื่องจากโปรตอนและอิเล็กตรอนเบากว่าลูกบอลพลาสติกที่ใช้ในเครื่องชั่งระดับไมโคร-ไมโครมากกว่า 10 ถึง 11 เท่า แรงโน้มถ่วงจึงอาจถูกละเลยในการทดลองเหล่านี้เมื่อเปรียบเทียบกับแรงไฟฟ้า
ไฮโดรเจนจำนวนหนึ่งผ่านการแตกตัวเป็นไอออนใกล้กับแผ่นประจุคู่หนึ่ง (รูปที่.) หลังจากนั้นไอออนบางส่วนจะเข้าไปในช่องว่างระหว่างแผ่นเปลือกโลกด้วยความเร็วเล็กน้อยโดยแทบไม่ต้องคำนึงถึง เมื่อไอออนเคลื่อนที่จากแผ่นหนึ่งไปยังอีกแผ่นหนึ่ง สนามไฟฟ้าจะเร่งไอออน ทำให้ไอออนมีพลังงานจลน์สุดท้าย mv 2 /2 แผ่นด้านขวามีรูเล็กๆ ซึ่งไอออนบางส่วนสามารถเข้าไปในห้องยาว 0.50 ม. ได้ (รูปที่) ห้องนี้ทำจากวัสดุนำไฟฟ้า และเนื่องจากไม่มีสนามไฟฟ้า ไอออนจึงเดินทางตลอดความยาวโดยไม่เปลี่ยนความเร็ว ไอออนใช้เวลาเพียงไม่กี่ไมโครวินาทีในการเดินทางตลอดเส้นทางนี้ (1 μs = 10 -6 วินาที) แม้ว่าช่วงเวลานี้จะสั้นมาก แต่ก็ยังสามารถวัดได้อย่างแม่นยำโดยใช้อุปกรณ์วัดพิเศษ ซึ่งจะทำให้สามารถกำหนดความเร็วปลาย v ของไอออนได้อย่างแม่นยำ
ในการวัดเวลาที่ไอออนใช้ในการเดินทางผ่านห้องยาวจากปลายด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง จำเป็นต้องสังเกตช่วงเวลาที่ไอออนนั้นออกไป จุดนี้ทางด้านซ้าย และเวลาที่ไอออนเดียวกันจะไปถึงปลายสุดทางด้านขวา เพื่อสังเกตเวลาที่ไอออนเข้าไปในห้องยาว เราจะวางแผ่นเบี่ยงเบนขนาดเล็กคู่หนึ่งไว้ใกล้ทางเข้า (รูปที่) ด้วยความช่วยเหลือเหล่านี้ คุณสามารถควบคุมทิศทางของลำแสงไฮโดรเจนไอออนได้ เมื่อมีการชาร์จแผ่นเบนทิศทาง ไอออนไฮโดรเจนจะอยู่ภายใต้แรงไฟฟ้าด้านข้างที่จะเบนออกจากเส้นทาง หากแผ่นโก่งตัวถูกปล่อยออกมา เฉพาะไอออนที่เพิ่งหรือภายหลังเข้าไปในห้องเท่านั้นที่จะเคลื่อนที่ไปตามแกนตามยาวของห้อง ดังนั้นไอออนแรกที่ผ่านรูที่ปลายสุดจะเป็นไอออนที่เดินทางเป็นระยะทางทั้งหมด 0.50 เมตรในช่วงเวลานับตั้งแต่แผ่นเปลือกโลกถูกปล่อยออกมา การมาถึงของไอออนเหล่านี้จะถูกตรวจจับโดยองค์ประกอบการตรวจจับที่อยู่ด้านหลังรู
ในการวัดช่วงเวลาตั้งแต่ช่วงเวลาที่เพลตถูกปล่อยออกมาจนถึงช่วงเวลาที่ไอออนแรกมาถึงส่วนรับ แผ่นโก่งตัวในห้องจะเชื่อมต่อกับแผ่นโก่งแนวตั้งของออสซิลโลสโคป (รูปที่) โมเมนต์การคายประจุของเพลตในห้องยาวจะถูกทำเครื่องหมายด้วยจุดสูงสุดบนเส้นโค้งที่วาดบนหน้าจอของออสซิลโลสโคป องค์ประกอบการตรวจจับที่ปลายสุดของห้องยาวเชื่อมต่อกับแผ่นโก่งแนวตั้งเดียวกันของออสซิลโลสโคป (การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่ปลายทั้งสองด้านของห้องจะทำแบบเดียวกันทุกประการ) เมื่อลำแสงไอออนกระทบกับองค์ประกอบรับ จุดสูงสุดที่สองจะปรากฏขึ้นบนหน้าจอออสซิลโลสโคป (รูปที่) ยอดเขาทั้งสองปรากฏในตำแหน่งที่แตกต่างกันบนหน้าจอเนื่องจากมีต้นกำเนิดมาจาก เวลาที่ต่างกัน- ในช่วงเวลาระหว่างกลางระหว่างสองช่วงเวลานี้ วงจรกวาดของออสซิลโลสโคปจะทำให้ลำอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในแนวนอนบนหน้าจอ ลำอิเล็กตรอนในออสซิลโลสโคปเคลื่อนที่ในระยะห่างระหว่างพีคสองจุดในเวลาเดียวกันกับที่ไฮโดรเจนไอออนเคลื่อนที่ไป 0.50 เมตรในห้อง

ในออสซิลโลสโคปสมัยใหม่ วงจรกวาดอาจทำให้ลำอิเล็กตรอนบนตะแกรงหลอดเคลื่อนที่ในแนวนอนจากปลายด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งภายในเวลาไม่กี่ร้อยของไมโครวินาที ในการวัดความเร็วไอออน วงจรกวาดจะถูกปรับให้กวาดเส้นโค้งทั้งหมดภายใน 5 ไมโครวินาที จากนั้นจุดสูงสุดทั้งสองบนหน้าจอออสซิลโลสโคปจะแยกออกจากกันอย่างเห็นได้ชัด โดยการวัดระยะห่างระหว่างยอดเขา จะกำหนดเวลาที่ลำแสงจะข้ามห้องยาว ค้นหาช่วงเวลาตั้งแต่ช่วงเวลาที่ลำแสงสามารถเคลื่อนที่ตรงไปข้างหน้าจนถึงช่วงเวลาที่กระทบกับตัวรับ โดยมีความแม่นยำ 0.01 ไมโครวินาที ในกรณีของไฮโดรเจนไอออนและแบตเตอรี่ 90 โวลต์ที่ให้แรงไฟฟ้าเร่ง เวลาในการบินคือ 3.82 ไมโครวินาที จากนี้เราสามารถคำนวณความเร็ว v ของไอออนในห้องยาวได้ เท่ากับ 0.50 m/(3.82*10 -6 s) = = 1.31*10 5 m/s
ในทางกลับกัน เพลตที่นี่อยู่ห่างจากกันถึงสามเท่าอย่างแน่นอนมากกว่าในไมโครบาลานซ์ที่ทำการทดลองของ Millikan นอกจากนี้ยังใช้แบตเตอรี่ชนิดเดียวกันน้อยลงถึงสามเท่า เนื่องจากแรงต่อประจุเบื้องต้นเป็นสัดส่วนกับจำนวนแบตเตอรี่ที่เหมือนกันและเป็นสัดส่วนผกผันกับระยะห่างระหว่างแผ่น ประจุเบื้องต้นแต่ละประจุจึงต้องออกแรงน้อยกว่าเก้าเท่า เช่น 1/9 * 10 -14)
ถ้าเราสมมุติว่าอะตอมไฮโดรเจนหนึ่งอะตอมมีประจุพื้นฐานหนึ่งประจุ แต่ละไอออนระหว่างแผ่นเปลือกโลกจะได้รับแรงที่แสดงออกมา การเคลื่อนที่จากแผ่นหนึ่งไปยังอีกแผ่นหนึ่ง ไอออนจะเคลื่อนที่ในเส้นทาง 9.3 10 -3 เมตรในทิศทางของแรง ดังนั้นงานที่ทำเพื่อเคลื่อนย้ายไอออนจะเท่ากับ Fd = 1/9(1.4*10 -14 N)* (9.3 10 -3 ม.)= 1.4 10 -17 J. ดังนั้น
mv/2=m (1.3*10 5 เมตร/วินาที) 2 /2=1.4 *10 -17 เจ
จากตรงนี้ เราจะพบมวลของไฮโดรเจนไอออน m
ม.= 1.7 *10 -27 กก.

แต่คุณค่านี้เป็นที่รู้จักกันดีสำหรับเรา ในความแม่นยำของการวัดของเรา มันเกิดขึ้นพร้อมกับมวลของอะตอมไฮโดรเจน
ตอนนี้เราสามารถสรุปได้ หากมีประจุไฮโดรเจนไอออนหนึ่งครั้ง มวลของมันจะเกือบจะเท่ากับมวลของอะตอมไฮโดรเจน เราอาจก้าวไปอีกขั้นหนึ่งและโต้แย้งว่าแท้จริงแล้วไอออนไฮโดรเจนเป็นตัวพาประจุแบบหน่วย และมวลของมันก็เท่ากับมวลของอะตอมจริงๆ สิ่งนี้จะต้องถูกต้อง เนื่องจากการสมมติว่าไอออนมีประจุมากกว่าจะนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ไร้สาระ ตัวอย่างเช่น ถ้าไอออนมีประจุพื้นฐานสองประจุ ค่าจริง mv 2 /2 ควรเป็นสองเท่าของค่าที่เรายอมรับ เนื่องจากเราวัด v นี่จึงหมายความว่ามวลของไอออนเป็นสองเท่าของที่เราพบเท่านั้น ไฮโดรเจนไอออนดังกล่าวจะมีมวลเป็นสองเท่าของมวลอะตอมซึ่งเป็นชิ้นส่วนหนึ่ง ข้อสรุปนี้ไม่น่าเชื่อมากจนเราปฏิเสธมัน

ก่อนหน้านี้มีข้อบ่งชี้ว่าอิเล็กตรอนเป็นส่วนประกอบที่พบในอะตอมทั้งหมด เห็นได้ชัดว่าไฮโดรเจนไอออนคืออะตอมไฮโดรเจนที่สูญเสียอิเล็กตรอนไปหนึ่งตัว นอกจากนี้ ทั้งในการทดลองนี้หรือในการทดลองอื่นๆ เราไม่เคยพบชิ้นส่วนของไฮโดรเจนที่มีประจุบวกซึ่งมีประจุพื้นฐานเป็นบวกสองประจุเลย นี่เป็นหนึ่งในข้อพิสูจน์หลายประการว่าไอออนไฮโดรเจนที่มีประจุบวกคือองค์ประกอบหลักที่สำคัญที่สุด นี่คือโปรตอน เมื่อไฮโดรเจนแตกตัวเป็นอนุภาคที่มีประจุ โปรตอนจะคิดเป็นมวลเกือบทั้งหมดของอะตอม ดังเช่นที่เพิ่งเกิดขึ้น ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงต้องเบามาก คุณสามารถใช้เครื่องมือเดียวกันนี้ในการวัดมวลของอิเล็กตรอนและยืนยันข้อสรุปนี้ได้

คำนี้มีความหมายอื่น ดูอิเล็กตรอน (ความหมาย) "Electron 2" "Electron" ซีรีส์สี่โซเวียต ดาวเทียมประดิษฐ์โลกเปิดตัวในปี 1964 วัตถุประสงค์ ... วิกิพีเดีย

อิเล็กตรอน- (โนโวซีบีสค์, รัสเซีย) หมวดหมู่โรงแรม: โรงแรม 3 ดาว ที่อยู่: 2nd Krasnodonsky Lane ... แค็ตตาล็อกโรงแรม

- (สัญลักษณ์ e, e) องค์ประกอบแรก h tsa ค้นพบในวิชาฟิสิกส์; แม่ พาหะของมวลที่เล็กที่สุดและพลังงานไฟฟ้าที่เล็กที่สุด ชาร์จในธรรมชาติ จ. ส่วนประกอบของอะตอม จำนวนของพวกเขาในนิวตรอน อะตอมเท่ากับที่ จำนวนคือจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส ประจุ (e) และมวล... ... สารานุกรมกายภาพ

อิเล็กตรอน- (มอสโก รัสเซีย) หมวดหมู่โรงแรม: โรงแรม 2 ดาว ที่อยู่: Andropov Avenue 38 อาคาร 2 ... แค็ตตาล็อกโรงแรม

อิเล็กตรอน- (e, e) (มาจากภาษากรีก อำพันอิเลคตรอน ซึ่งเป็นสารที่เกิดไฟฟ้าได้ง่ายจากการเสียดสี) เป็นอนุภาคมูลฐานที่เสถียรซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ e=1.6′10 19 C และมีมวล 9′10 28 กรัม ไปจนถึงกลุ่มเลปตัน ค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ... ... ภาพประกอบ พจนานุกรมสารานุกรม

- (e e) อนุภาคมูลฐานที่มีประจุลบเสถียร โดยมีการหมุน 1/2 มีมวลประมาณ 9.10 28 ก. และ ช่วงเวลาแม่เหล็กเท่ากับแมกนีตอนบอร์ เป็นของเลปตันและมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า ความอ่อนแอ และแรงโน้มถ่วง.... ...

- (การกำหนด e) อนุภาคมูลฐานที่เสถียรซึ่งมีประจุลบและมวลนิ่ง 9.1310 31 กก. (ซึ่งเท่ากับ 1/1836 ของมวลโปรตอน) อิเล็กตรอนถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2422 โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ โจเซฟ ทอมสัน พวกมันเคลื่อนที่ไปรอบๆ CORE,... ... พจนานุกรมสารานุกรมวิทยาศาสตร์และเทคนิค

มีอยู่ จำนวนคำพ้องความหมาย: 12 เดลต้าอิเล็กตรอน (1) เลปตัน (7) แร่ (5627) ... พจนานุกรมคำพ้องความหมาย

ดาวเทียมโลกเทียมที่สร้างขึ้นในสหภาพโซเวียตเพื่อศึกษาแถบรังสีและสนามแม่เหล็กของโลก พวกมันถูกปล่อยออกเป็นคู่ ตัวแรกตามวิถีโคจรด้านล่างและอีกตัวอยู่เหนือแถบรังสี พ.ศ.2507 มีการปล่อยอิเล็กตรอน 2 คู่... พจนานุกรมสารานุกรมขนาดใหญ่

อิเล็คตรอน อิเล็คตรอน สามี (กรีก อิเล็คตรอน อำพัน) 1. อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าลบน้อยที่สุด ก่อตัวเป็นอะตอมร่วมกับโปรตอน (ทางกายภาพ) การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า 2.เฉพาะยูนิตเท่านั้น แมกนีเซียมอัลลอยด์น้ำหนักเบา,...... พจนานุกรมอูชาโควา

อิเล็กตรอน, ก, ม. (พิเศษ) อนุภาคมูลฐานที่มีประจุไฟฟ้าลบน้อยที่สุด พจนานุกรมอธิบายของ Ozhegov เอสไอ Ozhegov, N.Y. ชเวโดวา พ.ศ. 2492 พ.ศ. 2535 … พจนานุกรมอธิบายของ Ozhegov

หนังสือ

อิเล็กตรอน. พลังงานแห่งอวกาศ, Landau Lev Davidovich, Kitaigorodsky Alexander Isaakovich หนังสือผู้ได้รับรางวัล รางวัลโนเบล Lev Landau และ Alexander Kitaigorodsky - ตำราที่ล้มล้างความคิดแบบฟิลิสเตียของโลกรอบตัวเรา คนส่วนใหญ่มักต้องเผชิญกับ...
Electron Space Energy, Landau L., Kitaigorodsky A.. หนังสือของ Lev Landau ผู้ได้รับรางวัลโนเบลและ Alexander Kitaigorodsky เป็นตำราที่ล้มล้างความคิดแบบฟิลิสเตียของโลกรอบตัวเรา พวกเราส่วนใหญ่ต้องเผชิญกับ...

เป็นที่รู้กันว่าอิเล็กตรอนมีประจุลบ แต่เราจะแน่ใจได้อย่างไรว่ามวลของอิเล็กตรอนและประจุของมันจะคงที่สำหรับอนุภาคทั้งหมดนี้ คุณสามารถตรวจสอบสิ่งนี้ได้โดยจับมันทันทีเท่านั้น เมื่อหยุดแล้ว มันก็จะสูญหายไปในหมู่โมเลกุลและอะตอมที่ประกอบกันเป็นส่วนประกอบ อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการ- กระบวนการทำความเข้าใจพิภพเล็กและอนุภาคของมันนั้นมีมายาวนาน ตั้งแต่การทดลองดั้งเดิมครั้งแรกไปจนถึงการพัฒนาล่าสุดในสาขาฟิสิกส์อะตอมเชิงทดลอง

ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับอิเล็กตรอน

เมื่อหนึ่งร้อยห้าสิบปีก่อนไม่มีใครรู้จักอิเล็กตรอน สัญญาณแรกที่บ่งบอกถึงการมีอยู่ของ "ส่วนประกอบ" ของไฟฟ้าคือการทดลองในกระแสไฟฟ้า ในทุกกรณี แต่ละอนุภาคที่มีประจุของสสารจะมีประจุไฟฟ้ามาตรฐานซึ่งมีค่าเท่ากัน ในบางกรณี จำนวนเงินที่เรียกเก็บอาจเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าหรือสามเท่า แต่จะยังคงเป็นจำนวนเท่าของค่าธรรมเนียมขั้นต่ำเสมอ

การทดลองโดยเจ. ทอมป์สัน

ในห้องทดลองของคาเวนดิช เจ. ทอมสันได้ทำการทดลองที่พิสูจน์ได้ว่ามีอนุภาคของไฟฟ้าอยู่จริง เมื่อต้องการทำเช่นนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบรังสีที่เล็ดลอดออกมาจากหลอดแคโทด ในการทดลอง รังสีถูกผลักออกจากแผ่นที่มีประจุลบและดึงดูดไปยังแผ่นที่มีประจุบวก สมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของอนุภาคไฟฟ้าบางชนิดในสนามไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องได้รับการยืนยันแล้ว ความเร็วในการเคลื่อนที่ของพวกมันเทียบได้กับความเร็วแสง ประจุไฟฟ้าในแง่ของมวลของอนุภาคนั้นมีขนาดใหญ่อย่างไม่น่าเชื่อ จากการสังเกตของเขา ทอมป์สันได้ข้อสรุปหลายประการซึ่งต่อมาได้รับการยืนยันจากการศึกษาอื่นๆ

ข้อสรุปของทอมป์สัน

อะตอมสามารถแตกออกจากกันเมื่อถูกโจมตีด้วยอนุภาคที่เร็วกว่า ในเวลาเดียวกัน คลังข้อมูลที่มีประจุลบจะหลุดออกมาจากกลางอะตอม
อนุภาคที่มีประจุทั้งหมดมีมวลและประจุเท่ากัน โดยไม่คำนึงถึงแหล่งที่มาของสารเหล่านั้น
มวลของอนุภาคเหล่านี้น้อยกว่ามวลของอะตอมที่เบาที่สุดมาก
แต่ละอนุภาคของสารมีเศษส่วนของประจุไฟฟ้าที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งน้อยกว่าประจุไฟฟ้าที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ วัตถุที่มีประจุใดๆ ก็ตามจะมีอิเล็กตรอนจำนวนเต็ม

การทดลองโดยละเอียดทำให้สามารถคำนวณพารามิเตอร์ของอนุภาคขนาดเล็กลึกลับได้ เป็นผลให้พบว่าคลังข้อมูลที่มีประจุเปิดนั้นเป็นอะตอมของไฟฟ้าที่แบ่งแยกไม่ได้ ต่อมาจึงได้ชื่อว่าอิเล็กตรอน มันมาจาก กรีกโบราณและกลายเป็นความเหมาะสมในการอธิบายอนุภาคที่เพิ่งค้นพบ

การวัดความเร็วของอิเล็กตรอนโดยตรง

เนื่องจากไม่มีทางที่จะเห็นอิเล็กตรอน การทดลองที่จำเป็นในการวัดปริมาณพื้นฐานของอนุภาคมูลฐานนี้จึงดำเนินการโดยใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วง หากสิ่งแรกส่งผลกระทบต่อประจุของอิเล็กตรอนเท่านั้นจากนั้นด้วยความช่วยเหลือของการทดลองอย่างละเอียดโดยคำนึงถึงผลกระทบของแรงโน้มถ่วงจึงเป็นไปได้ที่จะคำนวณมวลของอิเล็กตรอนโดยประมาณ

ปืนอิเล็กตรอน

การตรวจวัดมวลอิเล็กตรอนและประจุครั้งแรกๆ ทำได้โดยใช้ปืนอิเล็กตรอน สุญญากาศลึกในตัวปืนช่วยให้อิเล็กตรอนพุ่งไปในลำแสงแคบจากแคโทดหนึ่งไปยังอีกแคโทดได้

อิเล็กตรอนถูกบังคับให้ผ่านรูแคบ ๆ สองครั้งด้วยความเร็วคงที่ โวลต์- กระบวนการเกิดขึ้นคล้ายกับการที่กระแสน้ำจากสายยางสวนเข้าไปในรูในรั้ว อิเล็กตรอนบางส่วนบินไปตามท่อด้วยความเร็วคงที่ ได้รับการพิสูจน์จากการทดลองแล้วว่า ถ้าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับปืนอิเล็กตรอนคือ 100 V ความเร็วของอิเล็กตรอนจะคำนวณได้เป็น 6 ล้าน m/s

ผลการทดลอง

การวัดความเร็วของอิเล็กตรอนโดยตรงแสดงให้เห็นว่า ไม่ว่าปืนจะทำจากวัสดุอะไรและมีความต่างศักย์เป็นเท่าใด ความสัมพันธ์ e/m = const ยังคงอยู่

ข้อสรุปนี้เกิดขึ้นแล้วเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 ในเวลานั้นพวกเขายังไม่ทราบวิธีสร้างลำแสงที่มีประจุเป็นเนื้อเดียวกัน อุปกรณ์อื่น ๆ ถูกนำมาใช้ในการทดลอง แต่ผลลัพธ์ยังคงเหมือนเดิม การทดลองทำให้เราสามารถสรุปได้หลายประการ อัตราส่วนประจุของอิเล็กตรอนต่อมวลมีค่าเท่ากันสำหรับอิเล็กตรอน ทำให้สามารถสรุปข้อสรุปเกี่ยวกับความเป็นสากลของอิเล็กตรอนซึ่งเป็นส่วนประกอบของสสารใดๆ ในโลกของเราได้ ที่ความเร็วสูงมาก ค่า e/m จะน้อยกว่าที่คาดไว้ ความขัดแย้งนี้อธิบายได้ครบถ้วนจากข้อเท็จจริงที่ว่าที่ความเร็วสูงเทียบได้กับความเร็วแสง มวลของอนุภาคจะเพิ่มขึ้น เงื่อนไขขอบเขตของการแปลงแบบลอเรนซ์บ่งชี้ว่าที่ความเร็วของร่างกาย ความเร็วเท่ากันเบา มวลของร่างกายนี้กลายเป็นอนันต์ การเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดของมวลอิเล็กตรอนเกิดขึ้นโดยสอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพ

อิเล็กตรอนและมวลนิ่งของมัน

ข้อสรุปที่ขัดแย้งกันว่ามวลของอิเล็กตรอนไม่คงที่ทำให้เกิดข้อสรุปที่น่าสนใจหลายประการ ในสภาวะปกติ มวลที่เหลือของอิเล็กตรอนจะไม่เปลี่ยนแปลง สามารถวัดได้จากการทดลองต่างๆ ปัจจุบัน มีการตรวจวัดมวลของอิเล็กตรอนซ้ำแล้วซ้ำอีก โดยมีค่าเท่ากับ 9.10938291(40)·10⁻³¹ kg อิเล็กตรอนที่มีมวลดังกล่าวจะเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมี ก่อให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า และถูกจับโดยเครื่องมือที่แม่นยำที่สุดที่บันทึก ปฏิกิริยานิวเคลียร์- การเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดของค่านี้สามารถทำได้ที่ความเร็วใกล้กับความเร็วแสงเท่านั้น

อิเล็กตรอนในคริสตัล

ฟิสิกส์ แข็งเป็นวิทยาศาสตร์ที่สังเกตพฤติกรรมของอนุภาคที่มีประจุในผลึก ผลลัพธ์ของการทดลองจำนวนมากคือการสร้างปริมาณพิเศษที่แสดงถึงพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในสนามแรง สารที่เป็นผลึก- นี่คือสิ่งที่เรียกว่ามวลประสิทธิผลของอิเล็กตรอน ค่าของมันถูกคำนวณตามความจริงที่ว่าการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในคริสตัลนั้นขึ้นอยู่กับแรงเพิ่มเติมซึ่งแหล่งกำเนิดคือโครงตาข่ายคริสตัลเอง การเคลื่อนไหวดังกล่าวสามารถอธิบายได้ว่าเป็นมาตรฐานสำหรับอิเล็กตรอนอิสระ แต่เมื่อคำนวณโมเมนตัมและพลังงานของอนุภาคดังกล่าวเราควรคำนึงถึงไม่ใช่มวลที่เหลือของอิเล็กตรอน แต่เป็นมวลที่มีประสิทธิผลซึ่งค่าจะแตกต่างกัน

โมเมนตัมของอิเล็กตรอนในคริสตัล

สถานะของอนุภาคอิสระสามารถกำหนดลักษณะตามขนาดของโมเมนตัมของมัน เนื่องจากค่าของโมเมนตัมถูกกำหนดไว้แล้ว ดังนั้น ตามหลักความไม่แน่นอน พิกัดของอนุภาคจึงดูเหมือนจะเบลอทั่วทั้งคริสตัล ความน่าจะเป็นที่จะพบอิเล็กตรอน ณ จุดใด ๆ ในโครงตาข่ายนั้นเกือบจะเท่ากัน โมเมนตัมของอิเล็กตรอนจะแสดงลักษณะของมันในพิกัดใด ๆ ของสนามพลังงาน การคำนวณแสดงให้เห็นว่าการพึ่งพาพลังงานของอิเล็กตรอนกับโมเมนตัมของมันนั้นเหมือนกับของอนุภาคอิสระ แต่ในขณะเดียวกันมวลของอิเล็กตรอนก็สามารถรับค่าที่แตกต่างจากปกติได้ โดยทั่วไป พลังงานอิเล็กตรอนซึ่งแสดงในรูปของโมเมนตัม จะมีรูปแบบ E(p)=p 2 /2m* ในกรณีนี้ m* คือมวลประสิทธิผลของอิเล็กตรอน การประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติมวลประสิทธิผลของอิเล็กตรอนมีความสำคัญอย่างยิ่งในการพัฒนาและการศึกษาวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ใหม่ที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และไมโครเทคโนโลยี

มวลของอิเล็กตรอนก็เหมือนกับควอซิพาร์ติเคิลอื่นๆ ไม่สามารถกำหนดลักษณะเฉพาะมาตรฐานที่เหมาะสมในจักรวาลของเราได้ คุณลักษณะใดๆ ก็ตามของอนุภาคขนาดเล็กสามารถสร้างความประหลาดใจและตั้งคำถามต่อความคิดทั้งหมดของเราเกี่ยวกับโลกรอบตัวเรา

ตามกฎของอิเล็กโทรไลซิสที่กำหนดโดย M. Faraday นักวิทยาศาสตร์ชาวไอริช D. Stoney ได้ตั้งสมมติฐานว่าอะตอมมีประจุเบื้องต้น และในปี พ.ศ. 2434 สโตนีย์เสนอให้เรียกประจุนี้ว่าอิเล็กตรอน ปริมาณประจุของอิเล็กตรอนมักเขียนแทนด้วย e หรือ

กฎของอิเล็กโทรไลซิสยังไม่ได้พิสูจน์ถึงการมีอยู่ของอิเล็กตรอนในฐานะประจุไฟฟ้าเบื้องต้น ดังนั้นจึงมีความเห็นว่าไอออนโมโนวาเลนต์ทั้งหมดสามารถมีประจุต่างกันได้ และค่าเฉลี่ยของพวกมันจะเท่ากับประจุของอิเล็กตรอน เพื่อพิสูจน์การมีอยู่ของประจุเบื้องต้นในธรรมชาติ จำเป็นต้องวัดประจุของไอออนแต่ละตัว ไม่ใช่ปริมาณไฟฟ้าทั้งหมด นอกจากนี้ คำถามยังคงเปิดกว้างว่าประจุนั้นเกี่ยวข้องกับอนุภาคใดๆ ของสสารหรือไม่ เจ. เพอร์รินและเจ. ทอมสันมีส่วนสำคัญในการแก้ไขปัญหาเหล่านี้ พวกเขาตรวจสอบกฎการเคลื่อนที่ของอนุภาคของรังสีแคโทดในไฟฟ้าและ สนามแม่เหล็ก- เพอร์รินแสดงให้เห็นว่ารังสีแคโทดเป็นกระแสอนุภาคที่มีประจุลบ ทอมสันยอมรับว่าอนุภาคเหล่านี้ทั้งหมดมี ความสัมพันธ์ที่เท่าเทียมกันประจุต่อมวล:

นอกจากนี้ ทอมสันยังแสดงให้เห็นว่าสำหรับก๊าซต่างๆ อัตราส่วนของอนุภาครังสีแคโทดจะเท่ากัน และไม่ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้สร้างแคโทด จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่าอนุภาคที่ประกอบเป็นอะตอมของธาตุต่าง ๆ นั้นเหมือนกัน. ทอมสันเองก็สรุปว่าอะตอมแบ่งแยกไม่ได้ อนุภาคที่มีประจุลบและมีมวลน้อยมากสามารถถูกดึงออกจากอะตอมของสารใดๆ ได้ อนุภาคทั้งหมดนี้มีมวลและประจุเท่ากัน อนุภาคดังกล่าวเรียกว่าอิเล็กตรอน

การทดลองของมิลลิแกนและอิอฟฟ์

นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน R. Millikan พิสูจน์การทดลองว่ามีประจุเบื้องต้นอยู่ ในการทดลองของเขา เขาวัดความเร็วการเคลื่อนที่ของหยดน้ำมันในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ ซึ่งถูกสร้างขึ้นระหว่างแผ่นไฟฟ้าสองแผ่น หยดนี้มีประจุเมื่อมันชนกับไอออน มีการเปรียบเทียบความเร็วของการเคลื่อนที่ของหยดที่ไม่มีประจุและการหยดเดียวกันหลังจากการชนกับไอออน (ซึ่งได้รับประจุ) เมื่อทราบความแรงของสนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นเปลือกโลกแล้ว จึงคำนวณประจุของหยด

การทดลองของ Millikan เกิดขึ้นซ้ำโดย A.F. อิ๊ฟ. เขาใช้จุดโลหะแทนหยดน้ำมัน ด้วยการเปลี่ยนความแรงของสนามแม่เหล็กระหว่างแผ่นเปลือกโลก Ioffe บรรลุความเท่าเทียมกันระหว่างแรงโน้มถ่วงและแรงคูลอมบ์ ในขณะที่อนุภาคฝุ่นยังคงนิ่งอยู่ จุดฝุ่นถูกส่องสว่างด้วยแสงอัลตราไวโอเลต ในเวลาเดียวกัน ประจุของมันก็เปลี่ยนไป เพื่อให้แรงโน้มถ่วงสมดุล จำเป็นต้องเปลี่ยนความแรงของสนาม นักวิทยาศาสตร์ได้ตัดสินอัตราส่วนของประจุไฟฟ้าของอนุภาคฝุ่นตามค่าความเข้มที่ได้รับ

ในการทดลองของมิลลิคานและไออฟฟ์ พบว่าประจุของอนุภาคฝุ่นและหยดมีการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันอยู่เสมอ การเปลี่ยนแปลงค่าธรรมเนียมขั้นต่ำเท่ากับ:

ประจุไฟฟ้าของวัตถุที่มีประจุใดๆ มีค่าเท่ากับจำนวนเต็มและเป็นประจุคูณของประจุของอิเล็กตรอน ตอนนี้มีความเห็นว่ามี อนุภาคมูลฐาน- ควาร์กที่มีประจุเป็นเศษส่วน ()

ดังนั้นประจุของอิเล็กตรอนจึงถือว่าเท่ากับ:

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

ออกกำลังกาย

ในตัวเก็บประจุแบบแบน ระยะห่างระหว่างแผ่นซึ่งเท่ากับ d หยดน้ำมันไม่นิ่ง มวลของมันคือ m จะมีอิเล็กตรอนส่วนเกินจำนวนเท่าใดหากความต่างศักย์ระหว่างแผ่นเปลือกโลกเป็น U?

สารละลาย

ปัญหานี้ถือเป็นความคล้ายคลึงของการทดลองของมิลลิแกน หยดน้ำมันถูกกระทำโดยแรงสองแรงที่หักล้างกัน สิ่งเหล่านี้คือแรงโน้มถ่วงและแรงคูลอมบ์ (รูปที่ 1)