Чому дорівнює маса спокою електрона? Із чого складається електрон? Маса та заряд електрона

Електрон. Утворення та будова електрона. Магнітний монополь електрону.

(продовження)

Частина 4. Будова електрону.

4.1. Електрон є двокомпонентною часткою, яка складається тільки з двох надущільнених (згущених, сконцентрованих) полів. електричного поля-мінус та магнітного поля-N. При цьому:

а) щільність електрона – максимально можлива у Природі;

б) розмір електрона (D = 10 -17 см і менше) - мінімальні у Природі;

в) відповідно до вимоги мінімізації енергії, всі частинки - електрони, позитрони, частинки з дробовим зарядом, протони, нейтрони та ін повинні мати (і мають) сферичну форму;

г) з невідомих поки що причин, незалежно від величини енергії «батьківського» фотона, всі електрони (і позитрони) народжуються абсолютно ідентичними за своїми параметрами (наприклад - маса всіх електронів і позитронів становить 0,511МеВ).

4.2. «Достовірно встановлено, що магнітне поле електрона є такою ж невід'ємною властивістю, як його маса та заряд. Магнітні поля у всіх електронів однакові, як однакові їх маси та заряди».(с) Це автоматично дозволяє зробити однозначний висновок про еквівалентність маси та заряду електрона, тобто: маса електрона є еквівалентом заряду, і навпаки - заряд електрона є еквівалентом маси (для позитрона – аналогічно).

4.3. Зазначена властивість еквівалентності поширюється також на частинки з дробовими зарядами (+2/3) і (-1/3), які є основою кварків. Тобто: маса позитрона, електрона та всіх дробових частинок є еквівалентом їхнього заряду, і навпаки – заряди цих частинок є еквівалентом маси. Тому питомий заряд електрона, позитрону та всіх дробових частинок однаковий (const) і дорівнює1,76*10 11 Кл/кг.

4.4. Оскільки елементарний квант енергії автоматично є елементарним квантом маси, то маса електрона (з урахуванням наявності дробових частинок 1/3 та 2/3) повинна матизначення , кратні масам трьох негативних напівквантів (Див. також «Фотон. Будова фотона. Принцип переміщення. пункт 3.4.)

4.5. Визначити внутрішню будову електрона дуже важко з багатьох причин, проте, представляє значний інтерес хоча б у першому наближенні розглянути вплив двох компонентів (електричної та магнітної) на внутрішню будову електрона. рис. 7.

Рис.7. Внутрішня будоваелектрона, варіанти:

Варіант №1. Кожна пара пелюсток негативного полукванта утворює «мікроелектрони», які потім формують електрон. При цьому кількість "мікроелектронів" має бути кратним трьом.

Варіант №2. Електрон є двокомпонентною часткою, яка складається з двох зістикованих самостійних напівсферичних монополів - електричного(-) та магнітного(N).

Варіант №3. Електрон є двокомпонентною частинкою, що складається з двох монополів - електричного та магнітного. При цьому магнітний монополь сферичної форми розташований у центрі електрона.

Варіант №4. Інші варіанти.

Очевидно, може бути розглянутий варіант коли електричні (-) та магнітні поля (N) можуть існувати всередині електрона не тільки у вигляді компактних монополів, але й у вигляді однорідної субстанції, тобто утворюють практично безструктурну? кристалічну? гомогенну? частинку. Однак це дуже сумнівно.

4.6. Кожен із запропонованих на розгляд варіантів має свої переваги та недоліки, наприклад:

а) Варіанти №1. Електрони такої конструкції дають можливість спокійно утворювати дробові частинки з масою і кратним зарядом 1/3, але в той же час роблять скрутним пояснення власного магнітного поля електрона.

б) варіант №2. Цей електрон при русі навколо ядра атома постійно орієнтований на ядро ​​своїм електричним монополем і тому може мати лише два варіанти обертання навколо своєї осі - за годинниковою стрілкою або проти (заборона Паулі?) і т.д.

4.7. При розгляді зазначених (або знову запропонованих) варіантів обов'язково необхідно враховувати реально існуючі властивості та характеристики електрона, а також враховувати ряд обов'язкових вимог, наприклад:

наявність електричного поля (заряду);

наявність магнітного поля;

Еквівалентність деяких параметрів, наприклад: маса електрона еквівалентна його заряду та навпаки;

Можливість утворювати дробові частинки масою та зарядом кратним 1/3;

Наявність набору квантових чисел, спина та ін.

4.8. Електрон з'явився як двокомпонентна частка, яка має одну половину (1/2) є ущільненим електричним полем-мінус (електричним монополем-мінус), а друга половина (1/2) є ущільненим магнітним полем (магнітним монополем-N). Однак при цьому слід мати на увазі, що:

Електричні та магнітні поля за певних умов можуть породжувати одне одного (перетворюватися один на одного);

Електрон не може бути однокомпонентною частинкою і складатися на 100% з поля-мінус, оскільки однозарядне поле-мінус розпадатиметься через відштовхування. Саме тому всередині електрона потрібна наявність магнітної компоненти.

4.9. На жаль, провести повний аналіз всіх переваг і недоліків запропонованих варіантів і вибрати єдино правильний варіант внутрішньої будови електрона в даній роботі неможливо.

Частина 5. «Хвильові властивості електрона».

5.1. «До кінця 1924р. думка, згідно з якою електромагнітне випромінювання поводиться частково подібно до хвиль, а частково подібно до частинок, стала загальноприйнятою... І саме в цей час француза Луї де Бройля, який на той час був аспірантом, осяяла геніальна думка: чому те ж саме не може бути для речовини? Луї де Бройль проробив по відношенню до частинок роботу, зворотну від тієї, яку Ейнштейн провів для хвиль світла. Ейнштейн зв'язав електромагнітні хвилі з частинками світла; де Бройль пов'язав рух частинок із поширенням хвиль, які він назвав хвилями матерії. Гіпотеза де Бройля ґрунтувалася на схожості рівнянь, що описують поведінку променів світла та частинок речовини, і мала виключно теоретичний характер. Для її підтвердження або спростування були потрібні експериментальні факти».

5.2. «У 1927 році американські фізики К.Девіссон та К.Джермер виявили, що при «відбитті» електронів від поверхні кристала нікелю при певних кутах відбиття виникають максимуми. Аналогічні дані (виникнення максимумів) вже були за спостереженням дифракції рентгенівських хвиль променів на кристалічних структурах. Тому поява цих максимумів у відбитих пучків електронів не могло бути пояснено ніяким іншим шляхом, крім як на основі уявлень про хвилі та їх дифракції.

5.3. Проте розгляд викладеного у цій роботі процесу появи корпускулярних властивостей у фотона (див. рис.5.) дозволяє зробити цілком однозначні висновки:

а) у міру зменшення довжини хвилі з 10 -4 до 10 - 10 (C)(C)(C)(C)(C) см електричні та магнітні поля фотона ущільнюються

(C) (C) (C) (C) (C) (C) (C) (C) (C) (C) б) при ущільненні електричного та магнітного полів у «лінії розділу» починається стрімке збільшення «щільності» полів і вже в рентгенівському діапазоні щільність полів порівнянна із щільністю «звичайної» частки.

в) тому рентгенівський фотон при взаємодії з перешкодою не відбивається від перешкоди як хвиля, а починає відскакувати від нього як частка.

5.4. Тобто:

а) вже у діапазоні м'якого рентгена електромагнітні поляфотонів настільки ущільнилися, що виявити у них хвильові властивості дуже важко. Цитата: «Чим менша довжина хвилі фотона, тим важче виявити в нього властивості хвилі і тим сильнішими у нього виявляються властивості частки».

б) у твердому рентгенівському та гамма-діапазоні фотони поводяться як стовідсоткові частинки, і виявити у них хвильові властивості вже практично неможливо. Тобто: рентгенівський та гамма-фотон повністю втрачає властивості хвилі та перетворюється на стовідсоткову частинку. Цитата: «Енергія квантів у рентгенівському та гамма-діапазоні настільки велика, що випромінювання поводиться майже стовідсотково як потік частинок» (с).

в) тому в дослідах розсіювання рентгенівського фотона від поверхні кристала спостерігалася вже не хвиля, а звичайна частка, яка відскакувала від поверхні кристала і повторювала будову кристалічної решітки.

5.5. До експериментів К.Девіссона і К.Джермера вже були експериментальні дані щодо спостереження дифракції рентгенівських хвиль променів на кристалічних структурах. Тому отримавши подібні результати у дослідах при розсіюванні електронів на кристалі нікелю, вони автоматично приписали електрону хвильові властивості. Однак електрон це «тверда» частка, яка має реальну масу спокою, габарити та ін. Не електрон-частка поводиться як фотон-хвиля, а рентгенівський фотон має (і виявляє) всі властивості частки. Чи не електрон відбивається від перешкоди як фотон, а рентгенівський фотон відбивається від перешкоди як частинка.

5.6. Тому: жодних «хвильових властивостей» у електрона (та інших частинок) не було, немає і не може бути. І немає жодних передумов і більше можливостей зміни цієї ситуації.

Частина 6. Висновки.

6.1.Електрон і позитрон є першими та основотворними частинками, наявність яких визначило появу кварків, протонів, водню та інших елементів таблиці Менделєєва.

6.2. Історично, одну частинку назвали електроном і надали їй знак мінус (матерія), а іншу назвали позитроном і надали їй знак плюс (антиматерія). «Електричний заряд електрона умовилися вважати негативним відповідно до більш ранньої угоди називати негативним заряд наелектризованого бурштину» (с).

6.3. Електрон може з'явитись (з'явитися = народиться) тільки в парі з позитроном (електрон позитронна пара). Поява в Природі хоча б одного «непарного» (одиночного) електрона чи позитрона є порушенням закону збереження заряду, загальної електронейтральності матерії та технічно неможливо.

6.4. Утворення електрон-позитронної пари в кулонівському полі зарядженої частинки відбувається після поділу елементарних квантів фотона в поздовжньому напрямку на дві складові частини: негативну – з якої формується частка-мінус (електрон) та позитивну – з якої формується частинка-плюс (позитрон). Поділ електронейтрального фотона в поздовжньому напрямку на дві абсолютно рівні за масою, але різні за зарядами (і магнітними полями) частини - це природна властивість фотона, що випливає із законів збереження заряду та ін. , А "всередині" позитрона - "частинок-мінус" - виключається. Також виключається наявність усередині електрона та протона електронейтральних «частинок» (обрізків, шматочків, уривків тощо) материнського фотона.

6.5. З невідомих причин абсолютно всі електрони та позитрони народжуються еталонними «максимально-мінімальними» частинками (тобто вони не можуть бути більшими і не можуть бути меншими за масою, зарядом, габаритами та іншими характеристиками). Утворення з електромагнітних фотонів будь-яких дрібніших або більших частинок-плюс (позитронів) та частинок-мінус (електронів) - виключається.

6.6. Внутрішня будова електрона однозначно зумовлена ​​послідовністю його появи: електрон формується як двокомпонентна частка, яка на 50% є ущільненим електричним полем-мінус (електричним монополем-мінус), і на 50% - ущільненим магнітним полем (магнітним монополем-N). Ці два монополі можуть розглядатися як різнозарядні частинки, між якими виникають сили взаємного тяжіння (зчеплення).

6.7. Магнітні монополі існують, але не у вільному вигляді, а лише як складові електрона і позитрона. При цьому магнітний монополь-(N) є невід'ємною частиною електрона, а магнітний монополь-(S) є невід'ємною частиною позитрона. Наявність магнітної складової «всередині» електрона обов'язково, оскільки тільки магнітний монополь-(N) може утворити з однозарядним електричним монополем-мінус найміцніший (і небачений за силою) зв'язок.

6.8. Електрони і позитрони мають найбільшу стабільність і є частинками, розпад яких теоретично і практично неможливий. Вони є неподільними (за зарядом і масою), тобто: мимовільне (або примусове) поділ електрона або позитрона на кілька каліброваних або різнокаліберних частин - виключається.

6.9. Електрон вічний і він не може «зникнути» доти, доки не зустрінеться з іншою часткою, що має рівні за величиною, але протилежні за знаком електричний і магнітний заряди (позитрон).

6.10. Оскільки з електромагнітних хвиль можуть виникнути тільки дві еталонні (калібровані) частинки: електрон і позитрон, то на їх основі можуть виникнути тільки еталонні кварки, протони і нейтрони. Тому вся видима (баріонна) матерія нашої та всіх інших всесвітів складається з однакових хімічних елементів(Таблиця Менделєєва) і скрізь діють єдині фізичні константита фундаментальні закони, аналогічні «нашим» законам. Поява в будь-якій точці нескінченного простору «інших» елементарних частинок та «інших» хімічних елементів – виключається.

6.11. Вся видима матерія нашого Всесвіту утворилася з фотонів (імовірно НВЧ-діапазону) за єдиною можливою схемою: фотон → електрон-позитронна пара → дробові частинки → кварки, глюон → протон (водень). Тому вся «тверда» матерія нашого Всесвіту (включаючи Homo sapiens'ів) є ущільненими електричними та магнітними полями фотонів. Інших «матерій» для її освіти в Космосі не було, немає і не може бути.

P.S. Електрон невичерпний?

Яким чином можна експериментально визначити масу електрона або протона, прискорюючи заряджену частинку на відомому відрізку шляху у відомому однорідному електричному полі та вимірюючи її кінцеву швидкість? Як відомо, якщо тіло проходить шлях d у напрямку сили F, робота Fd, витрачена на переміщення тіла, дорівнює приросту його кінетичної енергії. Якщо ж рух починається від стану спокою, то ця робота дорівнює також кінцевій кінетичній енергії тіла: Fd= mv 2/2

Отже, якщо відомі F, d і v, то можна знайти масу m.

У дослідах, про які піде мова, цікаві для нас заряджені частинки прискорюються однорідним силовим полем між двома зарядженими металевими пластинами. Знаючи відстань між пластинами і кількість батарей, що заряджають їх, можна визначити електричну силу, прикладену до кожного елементарного заряду. Досліди проводяться у вакуумі, щоб виключити опір повітря, що мало місце в мікромікровагах. Крім того, оскільки протони і електрони більш ніж в 10 11 разів легше пластмасових кульок, використаних в мікро-мікроваги, в даних дослідах можна знехтувати силою тяжіння в порівнянні з електричними силами.
Деяка кількість водню піддається іонізації поблизу пари заряджених пластин (мал.), після чого деякі з іонів заходять з малою швидкістю через невеликий отвір в простір між пластинами. У міру руху іонів від однієї пластини до іншої електричне поле прискорює іони, повідомляючи їм кінцеву кінетичну енергію mv2/2. У правій пластині є невеликий отвір, через який деякі з іонів можуть потрапляти в камеру завдовжки 0,50 м (мал.). Ця камера виготовлена ​​з провідного матеріалу, і оскільки в ній немає електричного поля, іони проходять всю її довжину без зміни своєї швидкості. На проходження всього цього шляху іону потрібно лише кілька мікросекунд (1 мкс = 10 -6 с). Хоча цей проміжок часу і дуже малий, все ж таки він доступний точному виміру за допомогою спеціального вимірювального пристрою. Це дозволяє точно визначити кінцеву швидкість іона v.
Для вимірювання часу проходження іонами довгої камери від одного кінця до іншого слід помітити момент, коли цей іон покине цю точкуліворуч, і час, коли цей же іон досягне далекого кінця праворуч. Щоб помітити час, коли даний іон входить у довгу камеру, поміщаємо біля входу кілька невеликих пластин, що відхиляють (мал.). З їхньою допомогою можна керувати напрямком пучка водневих іонів. Коли відхиляючі пластини заряджені, на іони водню діє бічна електрична сила, яка відхиляє їх убік від траєкторії. Якщо ж потім розрядити пластини, що відхиляють, то по поздовжній осі камери будуть рухатися тільки ті іони, які щойно або пізніше потрапили в камеру; тому першими іонами, що пройшли отвір на далекому кінці, будуть ті, що пройшли весь шлях 0,50 м за час з моменту розрядки пластин. Прихід цих іонів реєструється сприймаючим елементом, розміщеним за отвором.
Для вимірювання проміжку часу з моменту розрядки пластин до моменту приходу перших іонів на елемент, що сприймає відхиляючі пластини в камері з'єднуються з вертикальними відхиляють пластинами осцилографа (рис.). Момент розряджання пластин у довгій камері відзначається піком на кривій, що викреслюється на екрані, осцилографа. Сприймаючий елемент у далекого кінця довгої камери приєднується до тих же вертикальних пластин, що відхиляють осцилографа (електричні з'єднання обох кінців камери виконуються абсолютно однаково). Коли пучок іонів потрапляє до сприймаючого елемента, на екрані осцилографа з'являється другий пік (мал.). Два піки з'являються у різних місцях екрану, оскільки вони виникли у час. Протягом проміжного часу між цими двома моментами розгортаючий ланцюг осцилографа викликає горизонтальне переміщення електронного пучка на екрані. Електронний пучок в осцилографі проходить відстань між двома піками за той самий час, за який іони водню проходять 0,50 м у камері.

У сучасних осцилографах ланцюг розгортки може викликати горизонтальне переміщення електронного пучка на екрані трубки від одного кінця до іншого за кілька сотих часток мікросекунди. Для вимірювання швидкості іонів ланцюг розгортки налаштовується так, щоб вся крива проходила за 5 мікросекунд. Тоді два піки на екрані осцилографа будуть помітно поділені. Вимірюванням відстані між піками визначається час, за який пучок перетинає довгу камеру. Знаходять проміжок часу від моменту, коли пучок отримує можливість рухатися прямо вперед, до моменту, коли він потрапляє в елемент, що сприймає, з точністю до 0,01 мікросекунди. У разі іонів водню та 90-вольтової батареї, що створює прискорювальну електричну силу, час прольоту дорівнює 3,82 мікросекунди. Звідси можна визначити швидкість v іонів у довгій камері. Вона дорівнює 0,50 м / (3,82 * 10 -6 с) = = 1,31 * 10 5 м / с.
З іншого боку, пластини тут рівно втричі далі один від одного, ніж у мікро-мікроваги, в яких вироблявся досвід Міллікена; крім того, тут використовується втричі менше таких батарей. Оскільки сила, що припадає на елементарний заряд, пропорційна числу однакових батарей і обернено пропорційна відстані між пластинами, на кожен елементарний заряд тепер має діяти у дев'ять разів менша сила, тобто 1/9*10 -14).
Якщо припустити, що один атом водню несе один елементарний заряд, то кожен іон між пластинами має щойно виражену силу. Рухаючись від однієї пластини до іншої, іон проходить шлях 9,3 10 -3 м у напрямку сили, так що робота по переміщенню іона дорівнює Fd = 1/9(1,4*10 -14 Н)*(9,3 10 -3 м) = 1,4 10 -17 Дж. Отже,
mv/2=m (1,3*10 5 м/с) 2/2=1,4*10 -17 Дж.
Звідси для маси іона водню т знаходимо
m= 1,7*10 -27 кг.

Але ця величина нам добре відома. У межах точності наших вимірів вона збігається із масою атома водню.
Тепер можна підбити підсумок. Якщо іон водню заряджений одноразово, його маса майже дорівнює масі атома водню. Можна навіть зробити подальший крок і стверджувати, що іон водню є носієм одиничного заряду і що його маса практично дорівнює масі атома. Це має бути правильним, оскільки припущення, що іон несе більший заряд, призведе до абсурдного результату. Наприклад, якщо іон несе два елементарні заряди, то дійсна величина mv 2 /2 повинна бути вдвічі більшою від прийнятого нами значення. Оскільки ми вимірювали v, це може лише означати, що маса іона вдвічі більша за знайдену нами. Такий іон водню мав би масою, що вдвічі перевершує масу атома, уламком якого він є. Цей висновок настільки неправдоподібний, що ми його відкидаємо.

Раніше вже були вказівки, що електрони є будівельними елементами, що входять у всі атоми. Очевидно, іон водню є атом водню, який втратив один електрон. Крім того, ми ніколи ні в цьому, ні в інших дослідах не зустрічали позитивно зарядженого уламка водню з двома позитивними елементарними зарядами. Це один із багатьох доказів того, що позитивно заряджений іон водню є кінцевим будівельним елементом. Це – протон. Коли водень розщеплюється на заряджені частинки, як тільки що було встановлено, протону належить майже вся маса атома. Тому електрони мають бути дуже легкими. Можна використовувати самі прилади для вимірювання маси електрона і таким чином перевірити цей висновок.

Цей термін має й інші значення, див. Електрон (значення). «Електрон 2» «Електрон» серія із чотирьох радянських штучних супутниківЗемлі, запущені в 1964 році. Мета … Вікіпедія

Електрон- (Новосибірськ,Росія) Категорія готелю: 3 зірковий готель Адреса: 2 ой Краснодонський Провулок … Каталог готелів

- (Символ е, е), перша елем. ч ця, відкрита у фізиці; матер. носій найменшої маси та найменшого електрич. заряду у природі. е. складова частина атомів; їхнє число в нейтр. атомі дорівнює ат. номеру, тобто числу протонів в ядрі. Заряд (е) та маса… Фізична енциклопедія

Електрон- (Москва,Росія) Категорія готелю: 2 зірковий готель Адреса: Проспект Андропова 38 будова 2 … Каталог готелів

Електрон- (e, e) (від грецького elektron бурштин; речовина, що легко електризується при терті), стабільна елементарна частка з негативним електричним зарядом e=1,6´10 19 Кл та масою 9´10 28 р. Належить до класу лептонів. Відкритий англійським фізиком. Ілюстрований енциклопедичний словник

- (е е), стабільна негативно заряджена елементарна частка зі спином 1/2 масою бл. 9.10 28 г та магнітним моментом, рівним магнетону Бора; відноситься до лептонів і бере участь в електромагнітному, слабкому та гравітаційному взаємодіях.

- (позначення е), стійка ЕЛЕМЕНТАРНА ЧАСТИНА з негативним зарядом та масою спокою 9,1310 31 кг (що становить 1/1836 від маси ПРОТОНУ). Електрони були виявлені 1879 р. англійським фізиком Джозефом Томсоном. Вони рухаються навколо ЯДРА, … Науково-технічний енциклопедичний словник

Сущ., кіл у синонімів: 12 дельта електрон (1) лептон (7) мінерал (5627) … Словник синонімів

Штучний супутник Землі, створений СРСР для вивчення радіаційних поясів і магнітного поля Землі. Запускалися парами один по траєкторії, що лежить нижче, а інший вище за радіаційні пояси. У 1964 запущено 2 пари електронів. Великий Енциклопедичний словник

ЕЛЕКТРОН, елктрон, чоловік. (грец. elektron бурштин). 1. Частка з найменшим негативним електричним зарядом, що утворює у поєднанні з протоном атом (фіз.). Рух електронів створює електричний струм. 2. лише од. Легкий магнієвий сплав. Тлумачний словникУшакова

ЕЛЕКТРОН, а, м. (спец.). Елементарна частка із найменшим негативним електричним зарядом. Тлумачний словник Ожегова. С.І. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Тлумачний словник Ожегова

Книжки

• Електрон. Енергія Космосу, Ландау Лев Давидович, Китайгородський Олександр Ісаакович. Книги лауреата Нобелівської преміїЛьва Ландау та Олександра Китайгородського - тексти, що перевертають обивательське уявлення про навколишній світ. Більшість із нас, постійно стикаючись…
• Електрон Енергія космосу , Ландау Л., Китайгородський А. Більшість із нас, постійно стикаючись з…

Відомо, що електрони мають негативний заряд. Але як можна переконатися у тому, що маса електрона та її заряд постійні всім цих часток? Перевірити це можна, тільки зловивши його на льоту. Зупинившись, він загубиться серед молекул та атомів, з яких складається лабораторне обладнання. Процес пізнання мікросвіту та її частинок пройшов довгий шлях: від перших примітивних експериментів до нових розробок у сфері експериментальної атомної фізики.

Перші відомості про електрони

Сто п'ятдесят років тому електрони не знали. Першим дзвіночком, що вказує на існування «цеглинок» електрики, були досліди з електролізу. У всіх випадках кожна заряджена частинка речовини несла стандартний електричний заряд, що мав одну й ту саму величину. У деяких випадках кількість заряду подвоювалася або потроювалася, але завжди залишалося кратним однієї мінімальної величини заряду.

Експерименти Дж. Томпсона

У лабораторії Кавендіша Дж. Томсон провів експеримент, який реально доводить існування частинок електрики. Для цього вчений досліджував випромінювання, що виходить із катодних трубок. В експерименті промені відштовхувалися від негативно зарядженої пластини та притягувалися до позитивно зарядженої. Гіпотеза про постійному присутності в електронному полі деяких електронних частинок підтвердилася. Швидкість руху їх була порівнянна зі швидкістю світла. Електричний заряд у перерахунку масу частки виявився неймовірно великим. Зі своїх спостережень Томпсон вивів кілька висновків, які згодом були підтверджені іншими дослідженнями.

Висновки Томпсона

1. Атоми можуть бути розбиті під час бомбардування швидшими частинками. При цьому із середини атомів вириваються негативно заряджені корпускули.
2. Всі заряджені частинки мають однакову масу та заряд незалежно від речовини, з якої вони були отримані.
3. Маса цих частинок набагато менша від маси найлегшого атома.
4. Кожна частка речовини містить у собі найменшу можливу частку електричного заряду, менше якого у природі немає. Будь-яке заряджене тіло містить у собі цілу кількість електронів.

Детальні досліди дали можливість зробити розрахунки параметрів таємничих мікрочастинок. Внаслідок цього було з'ясовано, що відкриті заряджені корпускули є неподільними атомами електрики. Згодом їм дали назву електронів. Воно прийшло ще з Стародавню Греціюі виявилося доречним для опису нововідкритої частки.

Прямий вимір швидкості електрона

Оскільки немає жодних можливостей побачити електрон, досліди, необхідні для вимірювання базових величин цієї елементарної частинки, виробляються за допомогою полів – електромагнітного та гравітаційного. Якщо перше впливає лише заряд електрона, то з допомогою тонких дослідів, враховуючи гравітаційний вплив, можна було приблизно розрахувати масу електрона.

Електронна гармата

Найперші вимірювання мас та зарядів електронів були проведені за допомогою електронної гармати. Глибокий вакуум у тілі гармати дозволяє електронам мчати вузьким пучком від одного катода до іншого.

Електрони змушують двічі проходити через вузькі отвори з постійною швидкістю v. Відбувається процес, подібний до того, як струмінь з садового шланга потрапляє в дірку в паркані. Порції електронів летять по трубці з постійною швидкістю. Експериментально доведено, що якщо напруга, прикладена до електронної гармати, становить 100 В, швидкість електрона буде розрахована як 6 млн м/с.

Експериментальні висновки

Прямий вимір швидкості електрона показує, що незалежно від того, з яких матеріалів зроблена гармата і яка різниця потенціалів, виконується співвідношення e/m = const.

Цей висновок було зроблено на початку XX століття. Однорідні пучки заряджених частинок тоді ще створювати не вміли, для дослідів використовувалися інші прилади, але результат залишався тим самим. Експеримент дозволив зробити кілька висновків. Відношення заряду електрона до його маси має ту саму величину для електронів. Це дає можливість зробити висновок про універсальність електрона як складової будь-якої матерії в нашому світі. При дуже великих швидкостях величина e/m виявляється меншою за очікувану. Цей феномен цілком зрозумілий тим фактом, що при високих швидкостях, порівнянних зі швидкістю світла, маса частки збільшується. Граничні умови перетворень Лоренца свідчать, що з швидкості тіла, що дорівнює швидкості світла, маса цього тіла стає нескінченною. Помітне збільшення маси електрона відбувається у згоді з теорією відносності.

Електрон та його маса спокою

Парадоксальний висновок про те, що маса електрона непостійна, спричиняє кілька цікавих висновків. У звичайному стані маса спокою електрона не змінюється. Її можна виміряти виходячи з різних експериментів. В даний час маса електрона неодноразово виміряна і становить 9,10938291 (40) · 10 1 кг. Електрони з такою масою вступають у хімічні реакції, формують рух електричного струму, уловлюються найточнішими приладами, що реєструють ядерні реакції. Помітне збільшення цього значення можливе лише за швидкостях, близьких до швидкості світла.

Електрони у кристалах

Фізика твердого тіла- це наука, яка веде спостереження за поведінкою заряджених частинок у кристалах. Підсумком численних експериментів стало створення особливої ​​величини, що характеризує поведінку електрона у силових полях кристалічних речовин. Це так звана ефективна маса електрона. Її величина обчислюється виходячи з того, що рух електрона в кристалі підпорядковується додатковим силам, джерелом яких є сама кристалічна решітка. Такий рух можна описати як стандартний для вільного електрона, але при розрахунку імпульсу та енергії такої частки слід брати до уваги не масу спокою електрона, а ефективну, значення якої буде іншим.

Імпульс електрона в кристалі

Стан будь-якої вільної частки може бути охарактеризовано за величиною її імпульсу. Оскільки значення імпульсу вже визначено, то, згідно з принципом невизначеності, координати частки немовби розмиті по всьому кристалу. Імовірність зустріти електрон у будь-якій точці кристалічних ґрат практично однакова. Імпульс електрона характеризує його стан у будь-якій координаті енергетичного поля. Розрахунки показують, що залежність енергії електрона від його імпульсу така ж, як і вільної частки, але при цьому маса електрона може набувати значення, що відрізняється від звичайного. У цілому нині енергія електрона, виражена через імпульс, матиме вигляд E(p)=p 2 /2m*. У разі m* - ефективна маса електрона. Практичне застосуванняефективної маси електрона надзвичайно важливо при розробці та вивченні нових напівпровідникових матеріалів, що застосовуються в електроніці та мікротехніці.

Маса електрона, як і будь-якої іншої квазічастинки, не може бути охарактеризована стандартними характеристиками, придатними у нашому Всесвіті. Будь-яка характеристика мікрочастинки здатна дивувати і ставити під сумнів усі наші уявлення про навколишній світ.

На основі встановлених М. Фарадеєм законів електролізу ірландський вчений Д. Стоней висунув гіпотезу про те, що існує елементарний заряд усередині атома. І 1891 р. цей заряд Стоней запропонував назвати електроном. Величину заряду електрона часто позначають e або .

Закони електролізу ще є доказом існування електрона як елементарного електричного заряду. Так, існувала думка, про те, що всі одновалентні іони можуть мати різні заряди, а їхня середня величина дорівнює заряду електрона. Для підтвердження існування у природі елементарного заряду слід було провести вимір зарядів окремих іонів, а чи не сумарна кількість електрики. Крім того, відкритим залишалося питання про те, що пов'язаний заряд з якоюсь частинкою речовини. Істотний внесок у вирішенні цих питань зробили Ж. Перрен та Дж. Томсон. Вони досліджували закони руху частинок катодних променів в електричному та магнітному полях. Перрен показав, що катодні промені є потоком частинок, що несуть негативний заряд. Томсон встановив, що всі ці частинки мають рівні відношення заряду до маси:

Крім цього, Томсон показав, що для різних газів відношення частинок катодних променів однаково, і не залежить від матеріалу, з якого виготовлявся катод. Звідси можна було зробити висновок про те, що частинки, що входять до складу атомів різних елементів, однакові. Сам Томсон зробив висновок про те, що атоми є подільними. З атома будь-якої речовини можна вирвати частинки, що мають негативний заряд та дуже малу масу. Всі дані частинки мають однакову масу і однаковий заряд. Такі частки назвали електронами.

Досліди Міллікена та Йоффе

Американський вчений Р. Міллікен експериментально довів те, що елементарний заряд існує. У своїх дослідах він вимірював швидкість руху крапель олії в однорідному електричному полі, яке створювалося між двома електричними пластинами. Крапля заряджалася під час зіткнення з іоном. Порівнювалися швидкості руху краплі, що не має заряду, і цієї ж краплі після зіткнення з іоном (що придбала заряд). Знаючи напруженість поля між пластинами, обчислювався заряд краплі.

Досліди Міллікена повторив А.Ф. Іоффе. Він використав металеві порошинки замість крапель олії. Змінюючи напруженість поля між пластинками, Іоффе добивався рівності сили тяжіння і сили Кулона, порошинка при цьому залишалася нерухомою. Пилинку освітлювали ультрафіолетом. Заряд її у своїй змінювався, для врівноваження сили тяжкості доводилося змінювати напруженість поля. За отриманими величинами напруженості вчений судив про відношення електричних зарядів порошинки.

У дослідах Міллікена та Іоффе було показано, що заряди порошинок і крапель завжди змінювалися стрибком. Мінімальна зміна заряду дорівнювала:

Електричний заряд будь-якого зарядженого тіла дорівнює цілому і кратний заряду електрона. Зараз існує думка, що є елементарні частки- кварки, які мають дробовий заряд ().

Таким чином, заряд електрона вважають рівним:

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання	У плоскому конденсаторі, відстань між пластинами якого дорівнює d, нерухома крапля масла, маса її m. Яка кількість надлишкових електронів на ній, якщо різниця потенціалів між пластинами становить U?
Рішення	У цій задачі розглядається аналог досвіду Міллікена. На краплю олії діють дві сили, які взаємно компенсують одна одну. Це сила тяжіння та сила Кулона (рис.1). Оскільки поле всередині плоского конденсатора можна вважати однорідним, маємо: де E – напруженість електростатичного поля в конденсаторі. Величину електростатичної сили можна знайти як: Оскільки частка знаходиться в рівновазі і не рухається, то за Другим законом Ньютона отримуємо: З формули (1.3) виразимо заряд частки: Знаючи величину заряду електрона (), кількість надлишкових електронів (що створюють заряд краплі), знайдемо як:
Відповідь

ПРИКЛАД 2

Завдання	Яка кількість електронів втратила крапля після опромінення ультрафіолетом (див. Приклад 1), якщо прискорення, з яким вона почала рухатися вниз одно a?
Рішення	Другий закон Ньютона для цього випадку запишемо як: Сила кулона змінилася, оскільки змінився заряд частки після опромінення: Відповідно до другого закону Ньютона маємо: