エレクトロン

電子は、非常に小さな物質とエネルギーの塊である。その記号はe 。 1897年にJ.J.トムソンによって発見された。

電子は素粒子である。分解して小さくすることができないため、素粒子であると考えられている。負の電荷を帯びており、ほぼ光速で移動することができる。

電子は、重力電磁気弱い相互作用に関与している。テレビ、モーター、携帯電話など、さまざまなものを動かしている電気は、実はたくさんの電子が電線などの導体の中を移動しているのです。

説明

電子は最も小さな電荷を持っています。この電荷は陽子の電荷と等しいが、符号は逆である。このため、電子は原子核の陽子に引き寄せられ、通常、原子を形成する。電子の質量は陽子の約1/1836である。

原子の中の電子の位置を考えるには、原子核から一定の距離を置いて周回することをイメージすればよい。このように、原子の中の電子は、中心の原子核を取り囲むいくつかの電子殻の中に存在しています。それぞれの電子殻には、原子核に最も近い殻(最内殻)から順に1、2、3という数字が付けられている。各殻は、ある最大数の電子を保持することができる。各殻の電子の分布を電子配列(または電子形態、形状)と呼びます。電子配置は、番号付けや電子回路図によって示すことができます。(電子の位置について考える別の方法として、量子力学を使用して原子軌道を計算することもできます)。

電子は、レプトンと呼ばれる素粒子の一種である。電子は負の電荷を帯びている。電子にはもう一つ、スピンと呼ばれる性質がある。スピンの値は1/2であり、フェルミオンである。

電子の多くは原子の中に存在するが、物質中で独立して動くものや、真空中で陰極線として一緒に動くものもある。超伝導体では、電子が対になって動くものもある。電子が流れることを「電気」または「電流」といいます。

物体の中に陽子より電子が多い場合は「負電荷」、電子より陽子が多い場合は「正電荷」と表現されることがあります。電子は触るとある物体から別の物体に移動することができます。電子は、反対の電荷を持つ別の物体に引き寄せられることもあれば、両方が同じ電荷を持つ場合は反発することもあります。物体が「接地」されると、帯電した物体から電子が地中に入り、物体を中性にします。これが避雷針(避雷導線)の役割です。

化学反応

原子を取り囲む殻の中の電子は、化学反応の基礎となるものです。外殻が完全で、電子が最大であれば、反応性は低くなります。外殻の電子が最大でないものは反応性が高い。原子の中の電子の数は、化学周期表の基礎となるものである。

測定

電荷は、エレクトロメーターと呼ばれる装置で直接測定することができます。電流は検流計で直接測定することができます。検流計と電位差計では、測定値が異なります。現在の実験装置では、個々の電子を封じ込め、観察することが可能である。

電子を「見る」こと

実験室内では、個々の電子の相互作用を粒子検出器によって観察し、エネルギー、スピン、電荷などの特定の特性を測定することができる。ある例では、ペニングトラップを使って、1個の電子を10ヵ月間閉じ込めた。これは1980年当時、他のどの物理定数よりも高い精度であった。

2008年2月、スウェーデンのルンド大学の研究チームが、電子のエネルギー分布を初めて動画で撮影した。研究チームは、アト秒パルスと呼ばれる極めて短い閃光を用い、電子の運動を初めて観察することに成功した。また、固体物質中の電子の分布も可視化することができる。

アンチパーティクル

電子の反粒子として、陽電子というものがあります。これは電子と同じものですが、反対の符号の電荷などを帯びています。電子が陽電子と衝突すると、互いに散乱したり、完全に消滅したりして、1対(またはそれ以上)のガンマ線光子を発生させます。

ニールス・ボーア原子のモデル。原子核を中心に3つの電子殻があり、電子が第2準位から第1準位に移動して光子を放出する。Zoom
ニールス・ボーア原子のモデル。原子核を中心に3つの電子殻があり、電子が第2準位から第1準位に移動して光子を放出する。

発見の経緯

電子の効果は、説明できるようになるずっと以前から知られていた。古代ギリシャ人は、琥珀を毛皮にこすりつけると小さなものが引き寄せられることを知っていました。今、私たちは、こすることが電子を剥がすのを知っています、そして、それはこはくへ電荷を与えます。多くの物理学者が電子について研究しました。J.J.トムソンは1897年に、それが存在することを証明しました、しかし、別の人がそれに'electron'という名前をつけました。

電子雲モデル

このモデルでは、電子は原子核の周りにある拡散した雲の中で不確定な位置を占めていると考えている。

不確定性原理とは、人が電子の位置とエネルギーレベルを同時に知ることができないことを意味する。これらのポテンシャル状態は、原子の周りに雲を形成している。1つの原子の中の電子のポテンシャル状態は、1つの均一な雲を形成しています。

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質問と回答

Q:電子とは何ですか?


A:電子は非常に小さな物質の塊で、素粒子の一つです。分解して小さくすることはできず、負の電荷を帯びています。

Q:電子は誰が発見したのですか?


A:電子は1897年にJ.J.トムソンによって発見されました。

Q:電子はどのくらいの質量があるのですか?


A:電子はほとんど質量がないため、速く動かすのに必要なエネルギーはほとんどありません。

Q:電子はどのような相互作用をしているのですか?


A:電子は、重力、電磁力、弱い相互作用に関与しています。一般的な場面では、電磁力が最も強い。

Q:電子はどのように相互作用しているのですか?


A:電子は同じ電荷を持つので互いに反発しますが、陽子には反対の電荷を持つので引き付けられます。

Q:テレビ、モーター、携帯電話など、いろいろなものを動かしているのは何ですか?



A:これらの機器の動力源となっている電気は、実は電線などの導体の中をたくさんの電子が移動しているのです。

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