電子とは何ですか？定義と事実

電子は素粒子です。原子は陽子、中性子、電子からできています。これら 3 つの粒子の中で、電子は最小の質量を持ちます。電子の定義と、その語源、歴史、興味深い事実を以下に示します。

電子の定義

電子 負の電荷を持つ安定した亜原子粒子です。陽子や中性子とは異なり、電子はさらに小さな成分から構成されていません。各電子は 1 単位の負電荷 (1.602 x 10 クーロン) を持ち、中性子や陽子に比べて非常に小さな質量を持っています。電子の質量は 9.10938 x 10 kg です。これは、陽子の質量の約 1/1836 です。

電子の一般的な記号は e です。正の電荷を持つ電子の反粒子は、陽電子または反電子と呼ばれます。陽電子は記号 e または β を使用して表されます。電子と陽電子が衝突すると、両方の粒子が消滅し、エネルギーがガンマ線の形で放出されます。

電子の場所

電子は自然界で自由に存在し (自由電子)、原子内に結合しています。電子は、原子の負に帯電した成分を担っています。原子では、電子は正に帯電した原子核の周りを周回しています。

固体では、電子は電流を伝導する主要な手段です。これは、陽子が原子核内に結合しているため、電子ほど移動できないためです。液体では、現在のキャリアはイオンであることが多いです。原子と分子の電子間の相互作用により、化学反応が生じます。原子間で電子が共有されると、化学結合が形成されます。

歴史と語源

電子の可能性は、リチャード・ラミング (1838-1851)、アイルランドの物理学者 G. ジョンストーン・ストーニー (1874)、および他の科学者によって予測されました。 「電子」という用語は、1891 年にストーニーによって最初に提案されましたが、電子は 1897 年までイギリスの物理学者 J.J.トムソン。

電子科学の歴史は 19 世紀から 20 世紀にさかのぼりますが、「電子」と「電気」という言葉の起源は古代ギリシャ人にまでさかのぼります。琥珀の古代ギリシャ語はelektronでした。ギリシャ人は、毛皮を琥珀でこすると、琥珀が小さな物体を引き寄せることに気づきました。これは、記録された電気に関する最初の実験です。英国の科学者であるウィリアム・ギルバートは、この魅力的な特性を指すために「エレクトリクス」という用語を作り出しました.

電子の事実

• 電子は、より小さな成分で構成されていないため、素粒子の一種と見なされます。それらはレプトン族に属する粒子の一種であり、荷電レプトンまたは他の荷電粒子の中で最小の質量を持っています。
• 量子力学では、電子を区別するために固有の物理的性質を使用できないため、電子は互いに同一であると見なされます。電子は、システムに目に見える変化を引き起こすことなく、互いに位置を入れ替えることができます。
• 陽子と電子は等しく、反対の電荷を持っています。電子は、陽子などの正に帯電した粒子に引き付けられます。
• 物質が正味の電荷を持っているかどうかは、電子の数と原子核の正電荷のバランスによって決まります。正電荷よりも電子が多い場合、物質は負電荷を帯びていると言われます。陽子が過剰な場合、物体は正に帯電していると見なされます。電子と陽子の数が釣り合っている場合、物質は電気的に中性であると言われます。
• 金属内の電子は自由電子のように振る舞い、移動して電流と呼ばれる正味の電荷の流れを生成できます。電子 (または陽子) が移動すると、磁場が生成されます。
• 電子は、粒子と波の両方の性質を持っています。それらは光子のように回折される可能性がありますが、他の物質のように互いに衝突したり、他の粒子と衝突したりする可能性があります。
• 原子理論では、電子は原子の陽子/中性子核を殻で取り囲んでいると説明されています。これらのシェルは確率の領域です。球状のものもありますが、他の形状も発生します。原子核内で電子を見つけることは理論的に可能ですが、電子を見つける可能性が最も高いのはその殻内です。
• 電子は 1/2 のスピンまたは固有の角運動量を持っています。
• 科学者は、ペニング トラップと呼ばれる装置で単一の電子を分離してトラップすることができます。
• 単一電子の調査から、研究者は最大の電子半径が 10 メートルであることを発見しました。電子は非常に小さいため、物理的な次元のない電荷である点電荷のように扱われます。
• 宇宙には物質が反物質よりもはるかに豊富に存在しますが、かつては電子と陽電子が同数存在していた可能性があります。ビッグバン理論によると、光子は爆発の最初のミリ秒以内に十分なエネルギーを獲得し、互いに反応して電子-陽電子対を形成しました。これらのペアは互いに消滅し、光子を放出しました。理由は不明ですが、電子が陽電子より多く、陽子が反陽子より多い時代が来ました。生き残った陽子、中性子、電子が互いに反応し始め、原子を形成しました。
• 電子は多くの実用的なアプリケーションで使用されています。これらには、電気、真空管、光電子増倍管、陰極線管、研究および溶接用の粒子ビーム、自由電子レーザーが含まれます。

参考文献

• Buchwald, J.Z.;ワーウィック、A. (2001)。 電子の歴史:微物理学の誕生 . MITプレス。 pp.195–203。 ISBN 978-0-262-52424-7.
• J.J. トムソン（1897）。 「陰極線」。 哲学雑誌 . 44 (269):293–316. doi:10.1080/14786449708621070