电子

来自中文百科专业版
跳转至: 导航搜索

  电子汉语拼音:Dianzi;英语:Electron),带有单位负电荷的一种基本粒子。属于轻子,参与弱相互作用电磁相互作用。最早发现的基本粒子。所有原子都是由一个带正电荷的原子核和若干带负电荷的电子组成的。“电子”这个名词,是1881年G.J.斯托尼提出来的。他依据法拉第电解定律,认为任何电荷都由基元电荷组成,并给电荷的这一最小单位取名为电子。

  英国物理学家J.J.汤姆孙阴极射线进行了深入研究,观测了阴极射线在磁场静电场作用下的偏转,测定了阴极射线中粒子的荷质比(电荷与质量之比)。1897年他作出结论:阴极射线是由比氢原子小得多的带负电的粒子所组成。由于一系列成功的实验,他被公认为电子的发现者。电子的发现揭示了原子具有内部结构,打破了原子是组成物质的最小单元的学说。

电子电荷

  1909年前后,R.A.密立根和他的学生对单个电子的电荷进行了精密的测量,被称为密立根油滴实验。他们在两块平行的圆形黄铜板间加一定电压,两极之间引进一些细小油滴,用X射线照射使油滴带上电荷,油滴受到电场及重力的作用而运动。用电弧的光照射油滴运动的区域,用目镜上带有叉丝的望远镜观察油滴的运动。油滴受到的电场力与油滴所带的电荷成正比,从测到的与油滴运动有关数据,能够计算出油滴所带电荷的大小。根据对油滴运动的数百次反复测量都得到一个同样的结论,即油滴所带电荷总是一个最小的基元电荷的整数倍,这一基元电荷就是一个电子的电荷。准确测量电子的电荷e,还必须计及油滴在空气中运动时所受到的阻力,即要测量空气的黏滞性。

  后来又发展了测量电子电荷更精确的方法。利用X射线衍射测量晶体中的原子间距,得出一立方厘米晶体里准确的原子数目(原子数密度),运用法拉第常数就能得到e的准确值。现在国际通用的电子电荷值:

e =1.602,176,462(63)×10-19

电子质量

  根据对电子电荷及荷质比的准确测量,容易得出电子质量的数值。电子的质量要比原子核的质量小很多,电子的质量约为质子质量的1/1,836。电子的静止质量:

me=9.109,381,88(72)×10-31千克

  这里称me为电子的静止质量,是因为电子质量与它的运动速度有关。

电子的自旋运动

  电子还具有自旋角动量磁矩。1925年G.E.乌伦贝克S.A.古兹密特受到W.泡利的启发,在分析原子光谱的一些实验结果的基础上,提出了电子自旋的假设。

  1928年P.A.M.狄拉克提出了电子的相对论波动方程,从理论上直接得出电子存在自旋运动和磁矩的结论,并且预言了正电子的存在。正电子是电子的反粒子,除磁矩方向、电荷符号与电子相反外,其他性质均与电子完全相同。1932年C.D.安德森研究宇宙线时,果然发现了正电子。电子具有半整数自旋值(单位为h/2π),故服从费米-狄拉克统计

电子的波动性

  电子的运动具有波动性。按照L.V.德布罗意的物质波理论,电子的德布罗意波长为普朗克常数除以电子的动量。1927年在美国C.J.戴维森L.H.革末及在英国G.P.汤姆孙分别独立地进行了电子在晶体上衍射的实验。显示出电子在晶体上的衍射正如X射线在晶体上的衍射现象一样,表明电子具有波动性。从电子衍射实验结果计算出电子的波长,与理论预言的结果准确一致。电子衍射技术已发展成为一种研究物质结构的工具。

电子的大小

  电子的“尺寸”是非常小的,一般都可视作点电荷。经典电子半径:

re=e2/mec2=2.817,940,285(31)×10-15