1 электрон. Стабильная, отрицательно заряженная элементарная частица
 Скачать 85.64 Kb.
|
|
Электро́н (от др.-греч. ) — стабильная, отрицательно заряженная элементарная частица, одна из основных структурных единиц вещества (хотя по ряду современных предположений и теорий может быть разделена на другие субатомные частицы). Является фермионом (то есть имеет полуцелый спин). Относится к лептонам (единственная стабильная частица среди заряженных лептонов, до тех пор пока обратное не доказано экспериментально). Из электронов состоят электронные оболочки атомов. Большинство химических свойств атома определяется строением внешних электронных оболочек. Движение свободных электронов обусловливает такие явления, как электрический ток в проводниках и вакууме. 1. Движение электрона в электрическом поле. Во всех электронных приборах электронные потоки подвергаются воздействию электрического поля. Взаимодействие движущихся электронов с электрическим полем является основным процессом в электронных приборах. На рис.8,а изображено электрическое поле между двумя плоскими электродами[7]. Они могут представлять собой катод и анод электровакуумного диода или любые два соседних электрода многоэлектродного прибора. Представим себе, что из электрода, имеющего более низкий потенциал, например из катода, вылетает электрон с некоторой начальной скоростью V0.
а  ) б) в)Рис.8. Движение электрона в ускоряющем (а), тормозящем (б) и поперечном (в) электрических полях загрузка... Электрическое поле действует на электрон с силой F и ускоряет его движение к электроду, имеющему более высокий положительный потенциал, например к аноду. Иначе говоря, электрон притягивается к электроду с более высоким положительным потенциалом. Поэтому электрическое поле в этом случае называют ускоряющим. Двигаясь ускоренно, электрон приобретает наибольшую скорость в конце своего пути, т. е. при ударе об электрод, к которому он летит. В момент удара кинетическая энергия электрона WК = mV2/2 также будет наибольшей. Таким образом, при движении электрона в ускоряющем электрическом поле происходит увеличение кинетической энергии электрона WК за счёт того, что поле совершает работу по перемещению электрона. Электрон всегда отнимает энергию от ускоряющего поля. Скорость, приобретаемая электроном при движении в ускоряющем поле, зависит исключительно от пройденной разности потенциалов U = φА – φК и определяется формулой  , км/с.Из формулы легко найти, что при U = 100 В скорость V ≈ 6 000 км/с. При таких больших скоростях время пролёта электрона в пространстве между электродами получается малым, порядка 10 – 8 … 10 – 10 с. Рассмотрим движение электрона, у которого начальная скорость V0 направлена против силы F, действующей на электрон со стороны поля (рис.8,б). В этом случае электрон вылетает с некоторой начальной скоростью из электрода с более высоким положительным потенциалом. Так как сила F направлена навстречу скорости V0, то получается торможение электрона и электрическое поле называют тормозящим. Следовательно, одно и то же электрическое поле для одних электронов является ускоряющим, а для других – тормозящим, в зависимости от направления начальной скорости электрона. Если электрон влетает с некоторой начальной скоростью V0 под прямым углом к направлению силовых линий поля (рис.8,в), то поле действует на электрон с силой F, направленной в сторону более высокого положительного потенциала. Поэтому электрон совершает одновременно два взаимно перпендикулярных движения: равномерное движение по инерции со скоростью v и равномерно-ускоренное движение в направлении действия силы F. Как известно из механики, результирующее движение электрона должно происходить по параболе, причём электрон отклоняется в сторону положительного электрода. Когда электрон выйдет за пределы поля (рис.8,в), то дальше он будет двигаться по инерции, прямолинейно и равномерно. Из рассмотренных законов движения электронов видно, что электрическое поле всегда воздействует на кинетическую энергию WК и скорость электрона V, изменяя, их в ту или другую сторону. Таким образом, между электроном и электрическим полем всегда имеется энергетическое взаимодействие, т.е. обмен энергией. Кроме того, если начальная скорость электрона V0 направлена не вдоль силовых линий, а под некоторым углом к ним, то электрическое поле искривляет траекторию электрона, превращая её из прямой линии в параболу. 2. Движение электрона в магнитном поле.Движущийся электрон представляет собой элементарный электрический ток и испытывает со стороны магнитного поля такое же действие, как и проводник с током. На прямолинейный проводник с током I, находящийся в магнитном поле с индукцией В, действует сила Ампера F = В I ℓ sin α, направленная под углом 90 к магнитным силовым линиям и к проводнику. Её направление изменяется на обратное, если изменить направление тока или направление магнитного поля. Эта сила F пропорциональна индукции магнитного поля В, силе тока I и длине проводника ℓ, а также зависит от угла α между проводником и направлением поля. Она будет наибольшей, если проводник расположен перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. Если же проводник расположен вдоль линий магнитного поля, то сила F равна нулю. Если электрон в магнитном поле неподвижен или движется вдоль силовых линий, то на него магнитное поле вообще не действует. На рис.9 показано, что происходит с электроном, который влетает в равномерное магнитное поле, созданное между полюсами магнита, с начальной скоростью V0перпендикулярно к направлению магнитного поля.
Рис.9. Движение электрона в поперечном магнитном поле При отсутствии магнитного поля электрон двигался бы по инерции прямолинейно и равномерно (штриховая линия). При наличии поля на него будет действовать сила F, направленная под прямым углом к магнитному полю и к скорости V0. Под действием этой силы электрон искривляет свой путь и двигается по дуге окружности. Его линейная скорость V0 и энергия при этом остаются неизменными, так как сила F все время действует перпендикулярно к скорости V0. Таким образом, магнитное поле в отличие от электрического поля не изменяет энергию электрона, а лишь закручивает его траекторию движения. [1] Известно 118 химических элементов (с порядковыми номерами с 1 по 118), из них 94 обнаружены в природе (некоторые – в крайне незначительном количестве, находящемся на пределе обнаружения), остальные 24 получены искусственно в результате ядерных реакций. [2] Малы настолько, что увидеть их нельзя даже с помощью наилучших оптических микроскопов. Это объясняется тем, что свойства света и человеческого глаза таковы, что в самом совершенном микроскопе нельзя увидеть предмет, размеры которого меньше чем 10– 7м. А размер молекулы или атома в 1000 раз меньше, т.е. порядка одного ангстрема 1  .[3] В состав некоторых молекул сложных веществ может входить до миллиона и более атомов, например, в молекулы витаминов, некоторых белков и т.д. [4] Кроме движения по орбите (орбитального вращения), электроны обладают спиновым вращением. Внутреннее движение электрона (спин) можно условно представить как вращение электрона вокруг своей оси с постоянной скоростью. Направление вращения или совпадает с вращением электрона по орбите или имеет противоположное направление. [5] Для описания атома классическая механика неприменима. Изучение атома привело к созданию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых в микромире – мире элементарных частиц различных фактов. [6] электроны проводимости – это электроны свободные, покинувшие атом, т.е. способные создавать электрический ток. [7] Электроды – это элементы конструкции, которые служат для формирования рабочего пространства прибора и связи его с внешними цепями. Число электродов и их потенциалы определяют физические процессы в приборе. Наиболее наглядно это в электронных лампах: двухэлектродные (диоды), трёхэлектродные (триоды), четырехэлектродные (тетроды) и пятиэлектродные (пентоды). |
