Hopp til innhold

Elektron: Forskjell mellom sideversjoner

Rediger lenker
Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Bla gjennom historikken interaktivt
← Forrige endring
Slettet innhold Innhold lagt til
VisuellWikitekst
Thijs!bot (diskusjon | bidrag)
119 832 redigeringer
m robot Legger til: rue:Електрон
InternetArchiveBot (diskusjon | bidrag)
Roboter
715 393 redigeringer
Redder 1 kilde(r) og merker 0 som død(e).) #IABot (v2.0.9.5
 
(47 mellomliggende versjoner av 34 brukere er ikke vist)
Linje 1: Linje 1:
:''For den russiske tråleren, se [[«Elektron»]].
:''For den russiske tråleren, se [[«Elektron»]], for magnesiumlegeringen, se [[Elektron (legering)]].
{| border="1" cellspacing="0" align="right" cellpadding="2" style="margin-left:1em"
{| border="1" cellspacing="0" align="right" cellpadding="2" style="margin-left:1em"
|-
|-
Linje 38: Linje 38:
|-
|-
|
|
| 0.510 998 918(44)&nbsp;[[MeV]]/[[lyshastigheten|c]]<sup>2</sup>{{inote|http://scienceworld.wolfram.com/physics/ElectronMass.html}}
| 0.510 998 918(44)&nbsp;[[MeV]]/[[lyshastigheten|c]]<sup>2</sup>
|-
|-
|[[Elementærladning|Elektrisk Ladning]]:
|[[Elementærladning|Elektrisk Ladning]]:
Linje 53: Linje 53:
|}
|}
|}
|}
'''Elektronet''' er en [[Elementærpartikkel|elementær]] [[subatomær partikkel]] med en negativ [[elektrisk ladning]]. I et [[atom]] er [[atomkjerne|kjernen]] av [[proton]]er og [[nøytron]]er omgitt av elektroner i en [[elektronkonfigurasjon]]. Ordet ''elektron'' ble først brukt i [[1894]] og har sin opprinnelse i det [[Gresk språk|greske]] ordet ἤλεκτρον, som betyr ''[[rav]]''. [[Elektrostatisk ladning]] kan skapes ved å gni rav med dyreskinn. ''-on''-endelsen, som er felles for navnene på de fleste subatomære partiklene, ble brukt i analogi til ordet ''[[ion]]''.
'''Et elektron''' er en [[Elementærpartikkel|elementær]] [[subatomær partikkel]] med en negativ [[elektrisk ladning]]. I et [[atom]] er [[atomkjerne|kjernen]] av [[proton]]er og [[nøytron]]er omgitt av elektroner i en [[elektronkonfigurasjon]]. Ordet ''elektron'' ble først brukt i [[1894]] og har sin opprinnelse i det [[Gresk språk|greske]] ordet ἤλεκτρον, som betyr ''[[rav]]''. [[Elektrostatisk ladning]] kan skapes ved å gni rav med dyreskinn. ''-on''-endelsen, som er felles for navnene på de fleste subatomære partiklene, ble brukt i analogi til ordet ''[[ion]]''.


Elektroner i bevegelse utgjør [[elektrisk strøm]] som kan brukes til å måle mange fysiske egenskaper. Elektrisk strøm over tid er en form for energi ([[elektrisitet]]) og utnyttes som en praktisk måte å utføre arbeid på.
Elektroner i bevegelse utgjør [[elektrisk strøm]] som kan brukes til å måle mange fysiske egenskaper. Elektrisk strøm over tid er en form for energi ([[elektrisitet]]) og utnyttes som en praktisk måte å utføre arbeid på.
Linje 59: Linje 59:
Variasjoner i [[Elektrisk felt|elektriske felt]] som skapes ved varierende antall elektroner og forskjellige konfigurasjoner i atomer bestemmer de kjemiske egenskapene til [[element]]ene. Disse feltene spiller en grunnleggende rolle i [[kjemisk binding|kjemiske bindinger]] og [[kjemi]].
Variasjoner i [[Elektrisk felt|elektriske felt]] som skapes ved varierende antall elektroner og forskjellige konfigurasjoner i atomer bestemmer de kjemiske egenskapene til [[element]]ene. Disse feltene spiller en grunnleggende rolle i [[kjemisk binding|kjemiske bindinger]] og [[kjemi]].


Hver gang vi har endret vår oppfatning av elektroners vesen, har grunnen vært lagt for ny [[teknologi]]. Dengang elektroner ble oppfattet som små [[planet]]er i bane i et [[miniatyr]]-[[Planetsystem|solsystem]], oppfant man den elektriske [[motor]], [[lyspære]]r og [[telefon]]en. Da man gikk over til å se på elektroner som utgangspunkt for [[stråling]], fikk man oppfinnelser med navn etter ''radiation'' ([[engelsk]] for «stråling»), slik som [[radar]] og [[radio]]. I foreløpig siste runde, der man har oppdaget elektronenes evne til å teleportere (forsvinne for å dukke opp igjen et helt annet sted), fikk vi [[datamaskin]]en. <ref>David Bodanis: ''Electric universe'' (s. 151), forlaget Little Brown, London 2005, ISBN 0-316-86182-0</ref>
Hver gang vi har endret vår oppfatning av elektroners vesen, har grunnen vært lagt for ny [[teknologi]]. Den gangen elektroner ble oppfattet som små [[planet]]er i bane i et [[miniatyr]]-[[Planetsystem|solsystem]], oppfant man den [[Elektrisk motor|elektriske motor]], [[lyspære]]r og [[telefon]]en. Da man gikk over til å se på elektroner som utgangspunkt for [[stråling]], fikk man oppfinnelser med navn etter ''radiation'' ([[engelsk]] for «stråling»), slik som [[radar]] og [[radio]]. I foreløpig siste runde, der man har oppdaget elektronenes evne til å teleportere (forsvinne for å dukke opp igjen et helt annet sted), fikk vi [[datamaskin]]en.<ref>David Bodanis: ''Electric universe'' (s. 151), forlaget Little Brown, London 2005, ISBN 0-316-86182-0</ref>


== Elektroner i praksis ==
== Elektroner i praksis ==
Linje 65: Linje 65:
=== Klassifisering av elektroner ===
=== Klassifisering av elektroner ===


Elektronet hører til en familie av elementærpartikler kalt [[lepton]]er. Som andre små partikler, kan også elektronet oppføre seg som bølger; dette kalles [[bølge-partikkel dualiteten]]. Det kan vises at elektroner kan [[interferins|interferere]] med hverandre, for eksempel i [[dobbeltspalteforsøk]]et.
Elektronet hører til en familie av elementærpartikler kalt [[lepton]]er. Som andre små partikler, kan også elektronet oppføre seg som bølger; dette kalles [[bølge-partikkel dualiteten]]. Det kan vises at elektroner kan [[Interferens|interferere]] med hverandre, for eksempel i [[dobbeltspalteforsøk]]et.


'''[[Positron]]et''' er elektronets antipartikkel. Det har samme masse, men positiv ladning. Begrepet '''negatron''' blir noen ganger brukt for å referere til vanlige elektroner, slik at begrepet ''elektron'' kan brukes for å beskrive både positroner og negatroner, som foreslått av [[Carl David Anderson|Carl D. Anderson]]. Under vanlige omstendigheter, refererer ''elektron'' kun til den negativt ladde partikkelen.
'''[[Positron]]et''' er elektronets antipartikkel. Det har samme masse, men positiv ladning. Begrepet '''negatron''' blir noen ganger brukt for å referere til vanlige elektroner, slik at begrepet ''elektron'' kan brukes for å beskrive både positroner og negatroner, som foreslått av [[Carl David Anderson|Carl D. Anderson]]. Under vanlige omstendigheter, refererer ''elektron'' kun til den negativt ladde partikkelen.
Linje 80: Linje 80:
Statisk elektrisitet er ikke en strøm av elektroner. Statisk elektrisitet henviser til et legeme som har flere eller færre elektroner enn det som skal til for å balansere atomkjernenes positive ladning. Når det er overflødige elektroner, sies objektet å være negativt ladet. Når det er færre elektroner enn protoner, sies objektet å være positivt ladet. Når antall elektroner og protoner er likt, sies objektet å være elektrisk nøytralt.
Statisk elektrisitet er ikke en strøm av elektroner. Statisk elektrisitet henviser til et legeme som har flere eller færre elektroner enn det som skal til for å balansere atomkjernenes positive ladning. Når det er overflødige elektroner, sies objektet å være negativt ladet. Når det er færre elektroner enn protoner, sies objektet å være positivt ladet. Når antall elektroner og protoner er likt, sies objektet å være elektrisk nøytralt.


Elektronet er en [[elementærpartikkel]]&mdash; det betyr at det ikke har noen [[substruktur]] (ihvertfall har ikke eksperimenter funnet noen så langt, og det er god grunn til å tro at det ikke finnes noen). Derfor blir elektronet vanligvis beskrevet som [[punkt]]-liknende, dvs. uten romlig utstrekning. Men hvis en kommer veldig nært et elektron, merker en at dets egenskaper ([[ladning]] og [[masse]]) tilsynelatende forandrer seg. Dette er en effekt felles for alle elementærpartikler: Partikkelen har en innflytelse på [[vakuumfluktuasjon]]ene i nærheten, slik at egenskapene en observerer fra langt unna, er summen av egenskapene og vakuumeffektene (se [[renormalisering]]). Elektroner og positroner kan [[tilintetgjøring|tilintetgjøre]] hverandre og produsere to [[foton]]er, og omvendt. To fotoner med høy energi kan omdannes til ett elektron og ett positron i en prosess som kalles [[parproduksjon]].
Elektronet er en [[elementærpartikkel]]&mdash; det betyr at det ikke har noen [[substruktur]] (i hvert fall har ikke eksperimenter funnet noen så langt, og det er god grunn til å tro at det ikke finnes noen). Derfor blir elektronet vanligvis beskrevet som [[punkt]]-liknende, dvs. uten romlig utstrekning. Samtidig er det omgitt av en sky av virtuelle partikler, som regnes som en del av selve elektronet. Denne skyen har en romlig utstrekning.<ref>[https://www.livescience.com/65427-fundamental-elementary-particles.html What Are Elementary Particles?]</ref> Hvis en kommer veldig nært et elektron, merker en at dets egenskaper ([[ladning]] og [[masse]]) tilsynelatende forandrer seg. Dette er en effekt felles for alle elementærpartikler: Partikkelen har en innflytelse på [[vakuumfluktuasjon]]ene i nærheten, slik at egenskapene en observerer fra langt unna, er summen av egenskapene og vakuumeffektene (se [[renormalisering]]). Elektroner og positroner kan [[tilintetgjøring|tilintetgjøre]] hverandre og produsere to [[foton]]er, og omvendt. To fotoner med høy energi kan omdannes til ett elektron og ett positron i en prosess som kalles [[parproduksjon]].


Elektronet har [[spinn]] ½, som medfører at det er et [[fermion]], dvs., oppfyller [[Fermi-Dirac statisikken]]. Som konsekvens av dette kan to elektroner aldri kan være i samme kvantetilstand ([[pauliprinsippet]]).
Elektronet har [[spinn]] ½, som medfører at det er et [[fermion]], dvs., oppfyller [[Fermi-Dirac statistikken]]. Som konsekvens av dette kan to elektroner aldri kan være i samme kvantetilstand ([[pauliprinsippet]]).


Elektroner kan enten være bundne eller frie.
Elektroner kan enten være bundne eller frie.


Bundne elektroner finner vi f.eks. i atomer hvor tiltrekningen fra atomkjernen er sterk nok til å binde elektronene. Et bundet elektron vil til enhver tid være i en kvantetilstand karakterisert ved [[energi]], [[angulært moment]] og [[spinn]], hvor verdien til disse i følge [[kvantemekanikk]]en er [[kvantisert]], dvs. de kan bare ta visse verdier. De lovlige tilstandene til energi, angulært moment og spinn definerer det [[periodiske system]]. Bundne elektroner lar seg ikke beskrive klassisk, men til gjengjeld gir kvantemekanikken en meget god beskrivelse.
Bundne elektroner finner vi f.eks. i atomer hvor tiltrekningen fra atomkjernen er sterk nok til å binde elektronene. Et bundet elektron vil til enhver tid være i en kvantetilstand karakterisert ved [[energi]], [[angulært moment]] og [[spinn]], hvor verdien til disse ifølge [[kvantemekanikk]]en er [[kvantisert]], dvs. de kan bare ta visse verdier. De lovlige tilstandene til energi, angulært moment og spinn definerer det [[periodiske system]]. Bundne elektroner lar seg ikke beskrive klassisk, men til gjengjeld gir kvantemekanikken en meget god beskrivelse.
Det er en fysisk konstant kalt den [[klassisk elektronradius|klassiske elektronradiusen]], med en verdi på 2.8179&nbsp;×&nbsp;10<sup>−15</sup> [[Meter|m]]. Merk at dette er radiusen som en kan slutte fra dets ladning hvis fysikken kun er beskrevet med den [[klassisk elektromagnetisme|klassiske]] teorien om [[elektrodynamikk]] og ikke [[kvantemekanikk]] (dermed er dette et utdatert konsept som likevel noen ganger er nyttig i utregninger).
Det er en fysisk konstant kalt den [[klassisk elektronradius|klassiske elektronradiusen]], med en verdi på 2.8179&nbsp;×&nbsp;10<sup>−15</sup> [[Meter|m]]. Merk at dette er radiusen som en kan slutte fra dets ladning hvis fysikken kun er beskrevet med den [[klassisk elektromagnetisme|klassiske]] teorien om [[elektrodynamikk]] og ikke [[kvantemekanikk]] (dermed er dette et utdatert konsept som likevel noen ganger er nyttig i utregninger).
Andre typer tiltrekninger kan også binde elektroner, f. eks. magnetfelt (såkalt [[Landau-kvantisering]]) og gjennom gitterviberasjoner ([[fononer]]) i et krystallgitter, noe som gir opphav til [[superleder|supraledning]].
Andre typer tiltrekninger kan også binde elektroner, f. eks. magnetfelt (såkalt [[Landau-kvantisering]]) og gjennom gitterviberasjoner ([[fononer]]) i et krystallgitter, noe som gir opphav til [[superleder|supraledning]].


Frie elektroner finner vi i vakuum og som frie ledningselektroner i metaller. Frie elektroner kan i motsetning til de bundne ha vilkårlige verdier for kvantetilstandene [[energi]] og [[angulært moment]]. Dette ligger dermed nærmere bildet av klassiske partikler.
Frie elektroner finner vi i vakuum og som frie ledningselektroner i metaller. Frie elektroner kan i motsetning til de bundne ha vilkårlige verdier for kvantetilstandene [[energi]] og [[angulært moment]]. Dette ligger dermed nærmere bildet av klassiske partikler.


Et resultatet fra kvantemekanikken er at elektronets nøyaktige bevegelsesmengde og posisjon kan ikke samtidig bestemmes. Dette er en begrensning beskrevet av [[Heisenbergs uskarphetsrelasjon]], som sier at jo mer nøyaktig vi kjenner posisjon til en partikkel, dess mindre nøyaktig kan vi kjenne partikkelens bevegelsesmengde, og omvendt.
Et resultatet fra kvantemekanikken er at elektronets nøyaktige bevegelsesmengde og posisjon kan ikke samtidig bestemmes. Dette er en begrensning beskrevet av [[Heisenbergs uskarphetsrelasjon]], som sier at jo mer nøyaktig vi kjenner posisjon til en partikkel, dess mindre nøyaktig kan vi kjenne partikkelens bevegelsesmengde, og omvendt.
Linje 98: Linje 98:
:<math>\gamma = 1 / \sqrt{1 - (v^2/c^2)}</math>
:<math>\gamma = 1 / \sqrt{1 - (v^2/c^2)}</math>


Energien som skal til for å akselerere en partikkel er gamma minus en ganget med hvilemassen. For eksempel, den [[linær akselerator|lineære akseleratoren]] ved [[Stanford]] kan [http://www2.slac.stanford.edu/vvc/theory/relativity.html akselerere] et elektron til omtrent 51 [[GeV]]. Dette gir en gamma på 100 000 gitt at hvilemassen av et elektron er 0.51 [[MeV]]/c² (den [[relativistisk masse|relativistiske massen]] av dette hurtige elektronet er 100 000 ganger dets hvilemasse). Ved å løse likningen ovenfor for elektronets fart får vi:
Energien som skal til for å akselerere en partikkel er gamma minus en ganget med hvilemassen. For eksempel, den [[linær akselerator|lineære akseleratoren]] ved [[Stanford University|Stanford]] kan [http://www2.slac.stanford.edu/vvc/theory/relativity.html akselerere] {{Wayback|url=http://www2.slac.stanford.edu/vvc/theory/relativity.html |date=20080828113927 }} et elektron til omtrent 51 [[GeV]]. Dette gir en gamma på 100 000 gitt at hvilemassen av et elektron er 0.51 [[MeV]]/c² (den [[relativistisk masse|relativistiske massen]] av dette hurtige elektronet er 100 000 ganger dets hvilemasse). Ved å løse likningen ovenfor for elektronets fart får vi:


:<math>(1-\frac {1} {2} \gamma ^{-2})c</math> = 0.999&nbsp;999&nbsp;999&nbsp;95&nbsp;c.
:<math>(1-\frac {1} {2} \gamma ^{-2})c</math> = 0.999&nbsp;999&nbsp;999&nbsp;95&nbsp;c.


(Denne formelen gjelder for store verdier av γ.)
(Denne formelen gjelder for store verdier av γ.)
Linje 106: Linje 106:
=== Elektroner i universet ===
=== Elektroner i universet ===


Trolig finnes det minst 10<sup>79</sup> elektroner i det kjente [[universet]]. Dette antallet tilsvarer en tetthet på circa et elektron per [[kubikkmeter]] i rommet.
Trolig finnes det minst 10<sup>79</sup> elektroner i det kjente [[universet]]. Dette antallet tilsvarer en tetthet på cirka et elektron per [[kubikkmeter]] i rommet.


Basert på den [[klassisk elektronradius|klassiske elektronradiusen]] og ved å anta en tett [[sfæreinnpakkning]], kan det regnes at antallet elektroner som vil passe i det [[synlige univers]] være på mengden 10<sup>130</sup>. Selvfølgelig er dette tallet enda mindre meningsfullt enn den klassiske elektronradiusen selv.
Basert på den [[klassisk elektronradius|klassiske elektronradiusen]] og ved å anta en tett [[sfæreinnpakkning]], kan det regnes at antallet elektroner som vil passe i det [[synlige univers]] være på mengden 10<sup>130</sup>. Selvfølgelig er dette tallet enda mindre meningsfullt enn den klassiske elektronradiusen selv.
Linje 135: Linje 135:
Elektronet som en enhet for ladning i elektrokjemien ble foreslått av [[G. Johnstone Stoney]] i [[1874]]. Han oppfant også selve ordet elektron i [[1894]].
Elektronet som en enhet for ladning i elektrokjemien ble foreslått av [[G. Johnstone Stoney]] i [[1874]]. Han oppfant også selve ordet elektron i [[1894]].


Elektronet ble oppdaget av [[Joseph John Thomson]] i [[1897]] i [[Cavendish Laboratory]] ved [[Universitetet i Cambridge]] i forbindelse med en undersøkelse av det man kalte «[[katodestråler]]», som egentlig er elektronstråler. Med innflytelse fra [[James Clerk Maxwell]], og oppdagelsen av [[røntgenstråle]]r, sluttet han [[Cathode ray tube|katodestrålenes]] eksistens og at de var negativt ladde «''partikler''», som han kalte «''korpuskler''». Han publiserte sin oppdagelse i [[1897]].
Elektronet ble oppdaget av [[Joseph John Thomson]] i [[1897]] i [[Cavendish Laboratory]] ved [[University of Cambridge]] i forbindelse med en undersøkelse av det man kalte «[[katodestråler]]», som egentlig er elektronstråler. Med innflytelse fra [[James Clerk Maxwell]], og oppdagelsen av [[røntgenstråle]]r, sluttet han [[Cathode ray tube|katodestrålenes]] eksistens og at de var negativt ladde «''partikler''», som han kalte «''korpuskler''». Han publiserte sin oppdagelse i [[1897]].


[[Periodeloven]] sier at elementenes kjemiske egenskaper stort sett gjentar seg selv periodisk, og er grunnlaget for [[periodetabellen]]. Loven ble først forklart ved [[atommasse]]ne til elementene. Men fordi det fantes enkelte anomalier i tabellen, lette man etter en bedre forklaring. I [[1913]] introduserte [[Henry Moseley]] konseptet [[atomtall]], og forklarte periodeloven gjennom antallet protoner hvert av elementene har. Samme året viste [[Niels Bohr]] at elektroner er det egentlige fundamentet i tabellen. II [[1916]] forklarte [[Gilbert Newton Lewis]] og [[Irving Langmuir]] elementenes kjemiske bindinger ved elektronenes vekselvirkninger.
[[Periodeloven]] sier at elementenes kjemiske egenskaper stort sett gjentar seg selv periodisk, og er grunnlaget for [[periodetabellen]]. Loven ble først forklart ved [[atommasse]]ne til elementene. Men fordi det fantes enkelte anomalier i tabellen, lette man etter en bedre forklaring. I [[1913]] introduserte [[Henry Moseley]] konseptet [[atomtall]], og forklarte periodeloven gjennom antallet protoner hvert av elementene har. Samme året viste [[Niels Bohr]] at elektroner er det egentlige fundamentet i tabellen. II [[1916]] forklarte [[Gilbert Newton Lewis]] og [[Irving Langmuir]] elementenes kjemiske bindinger ved elektronenes vekselvirkninger.
Linje 153: Linje 153:
* [[Fermion felt]]
* [[Fermion felt]]
* [[Galvanisk skille]]
* [[Galvanisk skille]]

== Referanser ==
<references />

== Litteratur ==
* {{Kilde bok| tittel=Introduction to Quantum Mechanics (2nd ed.) | forfatter=Griffiths, David J. | forlag=Prentice Hall | utgivelsesår=2004 | utgivelsessted=}}
* {{Kilde bok| tittel=Modern Physics (4th ed.) | forfatter=Tipler, Paul, Llewellyn, Ralph | forlag=W. H. Freeman | utgivelsesår=2002 | utgivelsessted=}}
* Brumfiel, G. ([[6. januar]] [[2005]]). Can electrons do the splits? I ''Nature, 433'', 11.


== Eksterne lenker ==
== Eksterne lenker ==
* [http://www.aip.org/history/electron/ Elektronets oppdagelse] fra The American Institute of Physics History Center
* [http://www.aip.org/history/electron/ Elektronets oppdagelse] {{Wayback|url=http://www.aip.org/history/electron/ |date=20080316233916 }} fra The American Institute of Physics History Center
* [http://pdg.lbl.gov/ Particle Data Group]
* [http://pdg.lbl.gov/ Particle Data Group]
* Stoney, G. Johnstone, «''[http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Stoney-1894.html Om 'Elektronet,' eller Elektrisitetens Atom]''». Philosophical Magazine. Serie 5, Volum 38, s. 418-420 Oktober 1894.
* Stoney, G. Johnstone, «''[https://web.archive.org/web/20050808081957/http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Stoney-1894.html Om 'Elektronet,' eller Elektrisitetens Atom]''». Philosophical Magazine. Serie 5, Volum 38, s. 418-420 Oktober 1894.
* Eric Weisstein's World of Physics: [http://scienceworld.wolfram.com/physics/Electron.html Elektron]
* Eric Weisstein's World of Physics: [http://scienceworld.wolfram.com/physics/Electron.html Elektron]


{{Autoritetsdata}}
== Referanser ==
<references />
*{{kilde bok | tittel=Introduction to Quantum Mechanics (2nd ed.) | forfatter=Griffiths, David J. | forlag=Prentice Hall | utgivelsesår=2004 | utgivelsessted=}}
*{{kilde bok | tittel=Modern Physics (4th ed.) | forfatter=Tipler, Paul, Llewellyn, Ralph | forlag=W. H. Freeman | utgivelsesår=2002 | utgivelsessted=}}
* Brumfiel, G. ([[6. januar]] [[2005]]). Can electrons do the splits? I ''Nature, 433'', 11.


[[Kategori:Fysikk]]
[[Kategori:Elementærpartikler]]
[[Kategori:Kvantemekanikk]]
[[Kategori:Leptoner]]
[[Kategori:Atomfysikk]]
[[Kategori:Molekylær fysikk]]
[[Kategori:Elektrisitet]]
[[Kategori:Elektrisitet]]

{{Link UA|en}}

{{Link AA|zh}}

[[af:Elektron]]
[[ar:إلكترون]]
[[an:Electrón]]
[[ast:Electrón]]
[[az:Elektron]]
[[bn:ইলেকট্রন]]
[[zh-min-nan:Tiān-chú]]
[[be:Электрон]]
[[be-x-old:Электрон]]
[[bs:Elektron]]
[[br:Elektron]]
[[bg:Електрон]]
[[ca:Electró]]
[[cv:Электрон]]
[[cs:Elektron]]
[[cy:Electron]]
[[da:Elektron]]
[[de:Elektron]]
[[et:Elektron]]
[[el:Ηλεκτρόνιο]]
[[en:Electron]]
[[es:Electrón]]
[[eo:Elektrono]]
[[eu:Elektroi]]
[[fa:الکترون]]
[[hif:Electron]]
[[fo:Elektron]]
[[fr:Électron]]
[[fy:Elektron]]
[[ga:Leictreon]]
[[gl:Electrón]]
[[xal:Электрон]]
[[ko:전자]]
[[hy:Էլեկտրոն]]
[[hi:विद्युदणु]]
[[hr:Elektron]]
[[io:Elektrono]]
[[id:Elektron]]
[[ia:Electron]]
[[is:Rafeind]]
[[it:Elettrone]]
[[he:אלקטרון]]
[[jv:Èlèktron]]
[[kn:ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್]]
[[ka:ელექტრონი]]
[[kk:Электрон]]
[[sw:Elektroni]]
[[ht:Elektwon]]
[[ku:Kareva]]
[[la:Electron]]
[[lv:Elektrons]]
[[lt:Elektronas]]
[[ln:Eléktron]]
[[jbo:dutydikca kantu]]
[[lmo:Elettron]]
[[hu:Elektron]]
[[mk:Електрон]]
[[ml:ഇലക്ട്രോണ്‍]]
[[mr:विजाणू]]
[[ms:Elektron]]
[[mn:Электрон]]
[[my:အီလက်ထရွန်]]
[[nl:Elektron]]
[[new:इलेक्ट्रोन]]
[[ja:電子]]
[[nn:Elektron]]
[[nov:Elektrone]]
[[oc:Electron]]
[[uz:Elektron]]
[[pnb:الیکٹران]]
[[nds:Elektron]]
[[pl:Elektron]]
[[pt:Elétron]]
[[ksh:Elektron]]
[[ro:Electron]]
[[qu:Iliktrun]]
[[rue:Електрон]]
[[ru:Электрон]]
[[stq:Elektron]]
[[sq:Elektroni]]
[[scn:Elettroni]]
[[si:ඉලෙක්ට්‍රෝනය]]
[[simple:Electron]]
[[sd:برقيو]]
[[sk:Elektrón]]
[[sl:Elektron]]
[[sr:Електрон]]
[[sh:Elektron]]
[[su:Éléktron]]
[[fi:Elektroni]]
[[sv:Elektron]]
[[tl:Elektron]]
[[ta:எதிர்மின்னி]]
[[tt:Электрон]]
[[te:ఎలక్ట్రాన్]]
[[th:อิเล็กตรอน]]
[[tr:Elektron]]
[[bug:Elektron]]
[[uk:Електрон]]
[[ur:برقیہ]]
[[ug:ئېلېكترون]]
[[vec:Ełetron]]
[[vi:Điện tử]]
[[fiu-vro:Elektron]]
[[wo:Mbëjfepp]]
[[yi:עלעקטראן]]
[[yo:Ẹ̀lẹ́ktròn]]
[[zh-yue:電子]]
[[bat-smg:Alektruons]]
[[zh:电子]]

Siste sideversjon per 16. aug. 2024 kl. 00:59

For den russiske tråleren, se «Elektron», for magnesiumlegeringen, se Elektron (legering).
Elektron
De første få hydrogenatom-elektronbanene vist som tversnitt med fargekodet sannsynlighetstetthet
Klassifisering
Elementærpartikkel
Fermion
Lepton
Første Generasjon
Elektron
Egenskaper
Masse: 9.109 3826(16) × 10−31 kg
1⁄1836.152 672 61(85) amu
0.510 998 918(44) MeV/c2
Elektrisk Ladning: −1.602 176 53(14) × 10−19 C
Spinn: ½
Farge Ladning: ingen
Vekselvirkning: Gravitasjon, Elektromagnetisk,
Svak

Et elektron er en elementær subatomær partikkel med en negativ elektrisk ladning. I et atom er kjernen av protoner og nøytroner omgitt av elektroner i en elektronkonfigurasjon. Ordet elektron ble først brukt i 1894 og har sin opprinnelse i det greske ordet ἤλεκτρον, som betyr rav. Elektrostatisk ladning kan skapes ved å gni rav med dyreskinn. -on-endelsen, som er felles for navnene på de fleste subatomære partiklene, ble brukt i analogi til ordet ion.

Elektroner i bevegelse utgjør elektrisk strøm som kan brukes til å måle mange fysiske egenskaper. Elektrisk strøm over tid er en form for energi (elektrisitet) og utnyttes som en praktisk måte å utføre arbeid på.

Variasjoner i elektriske felt som skapes ved varierende antall elektroner og forskjellige konfigurasjoner i atomer bestemmer de kjemiske egenskapene til elementene. Disse feltene spiller en grunnleggende rolle i kjemiske bindinger og kjemi.

Hver gang vi har endret vår oppfatning av elektroners vesen, har grunnen vært lagt for ny teknologi. Den gangen elektroner ble oppfattet som små planeter i bane i et miniatyr-solsystem, oppfant man den elektriske motor, lyspærer og telefonen. Da man gikk over til å se på elektroner som utgangspunkt for stråling, fikk man oppfinnelser med navn etter radiation (engelsk for «stråling»), slik som radar og radio. I foreløpig siste runde, der man har oppdaget elektronenes evne til å teleportere (forsvinne for å dukke opp igjen et helt annet sted), fikk vi datamaskinen.[1]

Elektroner i praksis

[rediger | rediger kilde]

Klassifisering av elektroner

[rediger | rediger kilde]

Elektronet hører til en familie av elementærpartikler kalt leptoner. Som andre små partikler, kan også elektronet oppføre seg som bølger; dette kalles bølge-partikkel dualiteten. Det kan vises at elektroner kan interferere med hverandre, for eksempel i dobbeltspalteforsøket.

Positronet er elektronets antipartikkel. Det har samme masse, men positiv ladning. Begrepet negatron blir noen ganger brukt for å referere til vanlige elektroner, slik at begrepet elektron kan brukes for å beskrive både positroner og negatroner, som foreslått av Carl D. Anderson. Under vanlige omstendigheter, refererer elektron kun til den negativt ladde partikkelen.

Partikkelfysikk
Teorier
Standardmodellen
Kvantemekanikk
Kvantefeltteori (QFT)
Kvanteelektrodynamikk (QED)
Kvantekromodynamikk (QCD)
Den spesielle relativitetsteorien
Vekselvirkning
Sterk kjernekraft
Elektromagnetisme
Svak kjernekraft
Gravitasjon
Fargekraft
Elementærpartikler
Fermioner
Kvarker
Oppkvark
Nedkvark
Særkvark
Sjarmkvark
Bunnkvark
Toppkvark
Leptoner
Elektron
Positron
Nøytrino
Myon
Tau
Bosoner
Gauge-bosoner
Foton
W- og Z-bosoner
Gluon
Graviton
Higgs-boson
Sammensatte partikler
Hadroner
Mesoner
Pion
Baryoner
Proton
Nøytron
Atomkjerner
Atomer
Molekyler
Egenskaper
Energi
Bevegelsesmengde
Elektrisk ladning
Spinn
Paritet
Isospinn
Svakt isospinn
Fargeladning
Kjernefysikk
Atom

Elektronets egenskaper og oppførsel

[rediger | rediger kilde]

Elektroner har en negativ elektrisk ladning på −1.6 × 10−19 coulomb, og en masse på 9,11 × 10−31 kg (0.51 MeV/c2), som er omtrent 1⁄1836 av protonets masse. Elektronet er vanligvis representert som e−.

Elektroner (og ladning generelt) i bevegelse kalles elektrisk strøm. De fleste elektroner på jorden finnes bundet i atomer. Disse kan som regel ikke bevege seg fritt, siden de fleste stoffer er isolatorer. Derimot kan ledningselektronene i metaller bevege seg fritt mellom atomene/molekylene, og metaller er dermed elektriske ledere. Elektroner kan også bevege seg samlet gjennom vakuum som en elektronstråle. Elektroner i metaller og andre ledere ligger ikke i ro. De beveger seg i alle frie retninger og med forskjellige hastigheter. Denne aktiviteten stiger proporsjonalt med den absolutte temperaturen. Statistisk sett er det ingen netto bevegelse, her går ingen netto strøm. Disse tilfeldige bevegelsene er årsaken til støy i elektroniske komponenter.

Elektroner i bevegelse har et sirkulært magnetfelt som står på tvers av bevegelsesretningen. Dette kan enkelt demonstreres ved å holde en magnet inntil en bilderørskjerm, slik at bildet avbøyes (vris) sirkulært rundt magneten. Elektronets magnetiske egenskaper utnyttes blant annet i spoler, såkalte elektromagneter. Ved å indusere en elektronstrøm i en superleder, får man en supersterk magnet.

Statisk elektrisitet er ikke en strøm av elektroner. Statisk elektrisitet henviser til et legeme som har flere eller færre elektroner enn det som skal til for å balansere atomkjernenes positive ladning. Når det er overflødige elektroner, sies objektet å være negativt ladet. Når det er færre elektroner enn protoner, sies objektet å være positivt ladet. Når antall elektroner og protoner er likt, sies objektet å være elektrisk nøytralt.

Elektronet er en elementærpartikkel— det betyr at det ikke har noen substruktur (i hvert fall har ikke eksperimenter funnet noen så langt, og det er god grunn til å tro at det ikke finnes noen). Derfor blir elektronet vanligvis beskrevet som punkt-liknende, dvs. uten romlig utstrekning. Samtidig er det omgitt av en sky av virtuelle partikler, som regnes som en del av selve elektronet. Denne skyen har en romlig utstrekning.[2] Hvis en kommer veldig nært et elektron, merker en at dets egenskaper (ladning og masse) tilsynelatende forandrer seg. Dette er en effekt felles for alle elementærpartikler: Partikkelen har en innflytelse på vakuumfluktuasjonene i nærheten, slik at egenskapene en observerer fra langt unna, er summen av egenskapene og vakuumeffektene (se renormalisering). Elektroner og positroner kan tilintetgjøre hverandre og produsere to fotoner, og omvendt. To fotoner med høy energi kan omdannes til ett elektron og ett positron i en prosess som kalles parproduksjon.

Elektronet har spinn ½, som medfører at det er et fermion, dvs., oppfyller Fermi-Dirac statistikken. Som konsekvens av dette kan to elektroner aldri kan være i samme kvantetilstand (pauliprinsippet).

Elektroner kan enten være bundne eller frie.

Bundne elektroner finner vi f.eks. i atomer hvor tiltrekningen fra atomkjernen er sterk nok til å binde elektronene. Et bundet elektron vil til enhver tid være i en kvantetilstand karakterisert ved energi, angulært moment og spinn, hvor verdien til disse ifølge kvantemekanikken er kvantisert, dvs. de kan bare ta visse verdier. De lovlige tilstandene til energi, angulært moment og spinn definerer det periodiske system. Bundne elektroner lar seg ikke beskrive klassisk, men til gjengjeld gir kvantemekanikken en meget god beskrivelse. Det er en fysisk konstant kalt den klassiske elektronradiusen, med en verdi på 2.8179 × 10−15 m. Merk at dette er radiusen som en kan slutte fra dets ladning hvis fysikken kun er beskrevet med den klassiske teorien om elektrodynamikk og ikke kvantemekanikk (dermed er dette et utdatert konsept som likevel noen ganger er nyttig i utregninger). Andre typer tiltrekninger kan også binde elektroner, f. eks. magnetfelt (såkalt Landau-kvantisering) og gjennom gitterviberasjoner (fononer) i et krystallgitter, noe som gir opphav til supraledning.

Frie elektroner finner vi i vakuum og som frie ledningselektroner i metaller. Frie elektroner kan i motsetning til de bundne ha vilkårlige verdier for kvantetilstandene energi og angulært moment. Dette ligger dermed nærmere bildet av klassiske partikler.

Et resultatet fra kvantemekanikken er at elektronets nøyaktige bevegelsesmengde og posisjon kan ikke samtidig bestemmes. Dette er en begrensning beskrevet av Heisenbergs uskarphetsrelasjon, som sier at jo mer nøyaktig vi kjenner posisjon til en partikkel, dess mindre nøyaktig kan vi kjenne partikkelens bevegelsesmengde, og omvendt.

Elektronets fart i vakuum kan nærme seg, men vil aldri nå, c, lyshastigheten i vakuum. Dette er en virkning av spesiell relativitetsteori. Spesiell relativitetsteori er basert på en størrelse kjent som gamma eller Lorentz faktoren. Gamma er en funksjon av v, partikkelens hastighet, og c. Det følgende er en formel for gamma:

Energien som skal til for å akselerere en partikkel er gamma minus en ganget med hvilemassen. For eksempel, den lineære akseleratoren ved Stanford kan akselerere Arkivert 28. august 2008 hos Wayback Machine. et elektron til omtrent 51 GeV. Dette gir en gamma på 100 000 gitt at hvilemassen av et elektron er 0.51 MeV/c² (den relativistiske massen av dette hurtige elektronet er 100 000 ganger dets hvilemasse). Ved å løse likningen ovenfor for elektronets fart får vi:

= 0.999 999 999 95 c.

(Denne formelen gjelder for store verdier av γ.)

Elektroner i universet

[rediger | rediger kilde]

Trolig finnes det minst 1079 elektroner i det kjente universet. Dette antallet tilsvarer en tetthet på cirka et elektron per kubikkmeter i rommet.

Basert på den klassiske elektronradiusen og ved å anta en tett sfæreinnpakkning, kan det regnes at antallet elektroner som vil passe i det synlige univers være på mengden 10130. Selvfølgelig er dette tallet enda mindre meningsfullt enn den klassiske elektronradiusen selv.

Elektroner i industri

[rediger | rediger kilde]

Elektronstråler brukes i sveising så vel som i litografi.

Elektroner på laboratoriet

[rediger | rediger kilde]

Grunnleggende eksperimenter

[rediger | rediger kilde]

Det at ladning er kvantisert ble observert av Robert Millikan i Oljedråpeeksperimentet i 1909.

Bruk av elektroner på laboratoriet

[rediger | rediger kilde]

Elektronmikroskop brukes til å forstørre detaljer opptil 500 000 ganger. Elektronenes kvantevirkninger brukes i Scanning tunneling mikroskop til å studere kjennetegn på atomnivået.

Elektroner i teori

[rediger | rediger kilde]

I kvantemekanikk, beskrives elektronet av Dirac-likningen. I Standardmodellen for partikkelfysikk, former det en doublet i SU(2) med elektron nøytrinet, da disse vekselvirker gjennom svak vekselvirkning. Elektronet har enda to enorme partnere, med samme ladning, men annen masse: myonet og tau-leptonet.

Antimaterie motstykket til elektronet er dets antipartikkel, positronet. Positronet har like stor elektrisk ladning som elektronet, bortsett fra at ladningen er positiv. Det har samme masse og spinn som elektronet. Når et elektron og et positron møtes kan de annihilere hverandre, og gi opphav til to gammastråle-fotoner, hver med energi på 0.511 MeV (511 keV). Se også Elektron-positron-annihilering.

Elektroner er også et nøkkelelement i elektromagnetisme, en tilnærmet teori som nøyer seg for makroskopiske systemer.

Historie

[rediger | rediger kilde]

Elektronet som en enhet for ladning i elektrokjemien ble foreslått av G. Johnstone Stoney i 1874. Han oppfant også selve ordet elektron i 1894.

Elektronet ble oppdaget av Joseph John Thomson i 1897 i Cavendish Laboratory ved University of Cambridge i forbindelse med en undersøkelse av det man kalte «katodestråler», som egentlig er elektronstråler. Med innflytelse fra James Clerk Maxwell, og oppdagelsen av røntgenstråler, sluttet han katodestrålenes eksistens og at de var negativt ladde «partikler», som han kalte «korpuskler». Han publiserte sin oppdagelse i 1897.

Periodeloven sier at elementenes kjemiske egenskaper stort sett gjentar seg selv periodisk, og er grunnlaget for periodetabellen. Loven ble først forklart ved atommassene til elementene. Men fordi det fantes enkelte anomalier i tabellen, lette man etter en bedre forklaring. I 1913 introduserte Henry Moseley konseptet atomtall, og forklarte periodeloven gjennom antallet protoner hvert av elementene har. Samme året viste Niels Bohr at elektroner er det egentlige fundamentet i tabellen. II 1916 forklarte Gilbert Newton Lewis og Irving Langmuir elementenes kjemiske bindinger ved elektronenes vekselvirkninger.

Se også

[rediger | rediger kilde]

Referanser

[rediger | rediger kilde]
  1. ^ David Bodanis: Electric universe (s. 151), forlaget Little Brown, London 2005, ISBN 0-316-86182-0
  2. ^ What Are Elementary Particles?

Litteratur

[rediger | rediger kilde]
  • Griffiths, David J. (2004). Introduction to Quantum Mechanics (2nd ed.). Prentice Hall. 
  • Tipler, Paul, Llewellyn, Ralph (2002). Modern Physics (4th ed.). W. H. Freeman. 
  • Brumfiel, G. (6. januar 2005). Can electrons do the splits? I Nature, 433, 11.

Eksterne lenker

[rediger | rediger kilde]
Hentet fra «https://no.wikipedia.org/w/index.php?title=Elektron&oldid=24621193»