Elektron

Från Rilpedia

Texten från svenska Wikipedia

Katodstråle i ett magnetfält; cyklotronradien ger elektronens massa.

En elektron är en elementarpartikel (en lepton) med en negativ elementarladdning. En atomkärna omgiven av elektroner bildar en atom. Elektroner är lätta partiklar; en proton är cirka 1836 gånger tyngre än elektronen.

Elektronen har en elektrisk laddning på minus elementarladdningen (-1,6021765·10^-19 coulomb) och en massa på 9,1093826·10^-31 kg^[1] (0,51 MeV/c²).^[2] Elektronen tillhör familjen leptoner och har spinn +1/2 eller -1/2, och är alltså en fermion, det vill säga att den beskrivs i statistisk mekanik med Fermi-Dirac-statistik. Elektronens magnetiska dipolmoment är ungefär en promille större än Bohrmagnetonen.^[3]

Elektronen betecknas ofta med symbolen e^–. Antipartikeln till elektronen heter positron, vilken har samma egenskaper som elektronen men motsatt laddning.

Historia

Begreppet elektron användes första gången 1871 i ett arbete av Wilhelm Eduard Weber om elektricitet i metaller, med betydelsen "elektrisk smådel". Begreppet fick dock ingen vidare användning, även om Hermann von Helmholtz 1881 införde en enhetsladdning för mängden elektricitet som en monovalent atom har enligt Faradays lag (Michael Faraday). 1897 upptäckte J J Thomson att elektronen var en subatomär partikel när han studerade katodstrålar. Om man antog att strålans partiklar hade samma ladding som monovalenta joner, visade avlänkningen i ett magnetfält att dess massa var ungefär 2 000 gånger mindre än väteatomens. I samma tid visade Pieter Zeeman och Hendrik Lorentz att partiklar med samma e/m-förhållande kunde förklara Zeemaneffekt i atomspektrum.

I början trodde flera forskare – bland dem Thomson – att elektronens massa endast var en effekt av dess elektrostatiska energi.^[4] Genom att likställa coulombenergi och massa får man den klassiska elektronradien, som är lika med spridningslängden för Thomsonspridning, ungefär 10^-15 m. Enligt kvantelektrodynamik är dock elektronen en punktpartikel.

2008 lyckades forskare för första gången filma en elektron^[5]. Filmen finns tillgänglig på hemsidan för Lunds tekniska högskola.

Elektricitet

Elektricitet, som ofta benämns elektrisk ström, orsakas av att laddade partiklar rör sig under inflytande av ett yttre elektriskt fält. Vanligen är de laddade partiklarna fria elektroner i en elektrisk ledare. Strömstyrka kan mätas med en galvanometer (amperemeter).

Statisk elektricitet beror på att ett objekt har ett överskott på laddningar. Om laddningarna är negativa, som elektroner, säger man att objektet är negativt laddat; annars är det positivt laddat. När det finns lika många negativa som som positiva laddningar (protoner), sägs objektet vara elektriskt neutralt. Ett underskott av laddningar kan behandlas som ett överskott av motsatt laddning. Laddningmängd mäts med elektrometer.

Kemi

Kemi handlar i allt väsentligt om att studera hur elektroner i en atoms elektronskal utbyts med andra atomer. Man säger att ett visst atomslag har ett antal valenselktroner som kan lånas / delas / lånas ut, och denna process kallas kemisk reaktion, varvid nya molekyler och därmed ämnen byggs upp. Elektroner finns i atomer, där de befinner sig i atomskalen. Antalet max möjliga elektroner i skalen följer formeln 2n² (skalen har namn efter bokstäver från start från k dvs skal 1 heter K, skal 2 heter L osv) detta betyder dock inte att skalen alltid kommer vara fyllda till sitt max då atomerna strävar efter att ha 8 valenselektroner.

Eftersom det är energimässigt gynnsamt att ha alla skal fyllda gör detta vissa föreningar mycket stabila. Till exempel är ädelgaserna, som har alla skal fyllda, väldigt obenägna till att ingå i kemiska föreningar, medan till exempel kol, syre och väte är betydligt mer benägna till detta.

Subatomär fysik

Elektroner deltar också i de subatomära fysikens reaktioner. Välkänd är betasönderfall där i vissa fall en neutron i en atomkärna sönderfaller i en proton och en elektron. Fria neutroner råkar förr eller senare ut för samma öde.

Referenser

1. ↑ NIST (2007). ”Electron mass”. 2006 CODATA recommended values. http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?me. 
2. ↑ NIST (2007). ”Electron mass energy equivalent in MeV”. 2006 CODATA recommended values. http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mec2mev. 
3. ↑ NIST (2007). ”Electron magnetic moment to Bohr magneton ratio”. 2006 CODATA recommended values. http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?muemsmub. 
4. ↑ Svante Arrhenius (1909). ”Elektron”. Nordisk familjebok. http://runeberg.org/nfbg/0200.html. 
5. ↑ Charlotta von Schultz. "Se elektronen bli filmstjärna". Ny tekniks nätupplaga, 22 februari 2008. Hämtad 22 februari 2008.