Elektron (elementarpartikel). Elektron. Elektronens utbildning och struktur. Magnetisk monopol för en elektron Vad är massan av en elektron i fysiken

Det är känt att elektroner har en negativ laddning. Men hur kan man vara säker på att elektronens massa och dess laddning är konstant för alla dessa partiklar? Du kan bara kontrollera detta genom att fånga det i farten. Efter att ha stannat kommer han att gå vilse bland molekylerna och atomerna som utgör laboratorieutrustningen. Processen att förstå mikrokosmos och dess partiklar har kommit långt: från de första primitiva experimenten till den senaste utvecklingen inom området experimentell atomfysik.

Första informationen om elektroner

För hundra och femtio år sedan var elektroner inte kända. Den första signalen som indikerar existensen av "byggstenarna" av elektricitet var experiment i elektrolys. I samtliga fall bar varje laddad partikel av materia en vanlig elektrisk laddning, som hade samma värde. I vissa fall fördubblades eller tredubblades avgiftsbeloppet, men förblev alltid en multipel av ett minimiavgiftsbelopp.

Experiment av J. Thompson

I Cavendishs laboratorium genomförde J. Thomson ett experiment som faktiskt bevisade förekomsten av elektricitetspartiklar. För att göra detta undersökte forskaren strålningen från katodrören. I experimentet stöttes strålarna bort från en negativt laddad platta och attraherades till en positivt laddad. Hypotesen om den konstanta närvaron av vissa elektriska partiklar i det elektriska fältet bekräftades. Deras rörelsehastighet var jämförbar med ljusets hastighet. Den elektriska laddningen i form av partikelns massa visade sig vara otroligt stor. Från sina observationer drog Thompson flera slutsatser som sedan bekräftades av andra studier.

Thompsons slutsatser

1. Atomer kan brytas isär när de bombarderas av snabbare partiklar. Samtidigt flyr negativt laddade blodkroppar från mitten av atomerna.
2. Alla laddade partiklar har samma massa och laddning, oavsett vilket ämne de härrörde från.
3. Massan av dessa partiklar är mycket mindre än massan av den lättaste atomen.
4. Varje partikel av ett ämne bär på minsta möjliga del av en elektrisk laddning, mindre än vad som inte finns i naturen. Varje laddad kropp bär ett helt antal elektroner.

Detaljerade experiment gjorde det möjligt att beräkna parametrarna för mystiska mikropartiklar. Som ett resultat fann man att öppna laddade blodkroppar är odelbara elektricitetsatomer. Därefter fick de namnet elektroner. Den kom från antikens Grekland och visade sig vara lämplig för att beskriva den nyupptäckta partikeln.

Direkt mätning av elektronhastighet

Eftersom det inte finns något sätt att se elektronen, utförs de experiment som är nödvändiga för att mäta grundmängderna av denna elementära partikel med hjälp av fält - elektromagnetiska och gravitationella. Om den första endast påverkar elektronens laddning, var det med hjälp av subtila experiment, med hänsyn till gravitationseffekten, möjligt att ungefär beräkna elektronens massa.

Elektronpistol

De allra första mätningarna av elektronmassor och laddningar gjordes med en elektronpistol. Det djupa vakuumet i pistolkroppen tillåter elektroner att rusa i en smal stråle från en katod till en annan.

Elektroner tvingas passera genom smala hål två gånger med konstant hastighet v. En process uppstår liknande hur en bäck från en trädgårdsslang kommer in i ett hål i ett staket. Delar av elektroner flyger längs röret med konstant hastighet. Det har experimentellt bevisats att om spänningen som appliceras på elektronkanonen är 100 V, så kommer elektronens hastighet att beräknas till 6 miljoner m/s.

Experimentella fynd

Direkt mätning av elektronhastigheten visar att, oavsett vilket material pistolen är gjord av och vilken potentialskillnad det är, så gäller förhållandet e/m = const.

Denna slutsats drogs redan i början av 1900-talet. Vid den tiden visste de ännu inte hur man skapar homogena strålar av laddade partiklar som användes för experiment, men resultatet förblev detsamma. Experimentet gjorde att vi kunde dra flera slutsatser. Förhållandet mellan laddningen av en elektron och dess massa har samma värde för elektroner. Detta gör det möjligt att dra en slutsats om elektronens universalitet som en komponent i vilken materia som helst i vår värld. Vid mycket höga hastigheter visar sig värdet på e/m vara lägre än förväntat. Denna paradox förklaras helt av det faktum att vid höga hastigheter jämförbara med ljusets hastighet ökar partikelns massa. Gränsvillkoren för Lorentz-transformationerna indikerar att när en kropps hastighet är lika med ljusets hastighet, blir massan av denna kropp oändlig. En märkbar ökning av elektronmassan sker i full överensstämmelse med relativitetsteorin.

Elektron och dess vilomassa

Den paradoxala slutsatsen att elektronens massa inte är konstant leder till flera intressanta slutsatser. I det normala tillståndet förändras inte elektronens vilomassa. Det kan mätas utifrån olika experiment. För närvarande har elektronens massa uppmätts upprepade gånger och är 9,10938291(40)·10⁻³¹ kg. Elektroner med en sådan massa går in i kemiska reaktioner, bildar rörelse av elektrisk ström och fångas upp av de mest exakta instrument som registrerar kärnreaktioner. En märkbar ökning av detta värde är endast möjlig vid hastigheter nära ljusets hastighet.

Elektroner i kristaller

Fasta tillståndets fysik är den vetenskap som gör observationer av beteendet hos laddade partiklar i kristaller. Resultatet av många experiment var skapandet av en speciell kvantitet som kännetecknar beteendet hos en elektron i kraftfälten för kristallina ämnen. Detta är den så kallade effektiva massan av elektronen. Dess värde beräknas baserat på det faktum att rörelsen av en elektron i en kristall är föremål för ytterligare krafter, vars källa är själva kristallgittret. Sådan rörelse kan beskrivas som standard för en fri elektron, men när man beräknar rörelsemängden och energin för en sådan partikel bör man inte ta hänsyn till elektronens vilomassa, utan den effektiva, vars värde kommer att vara annorlunda.

Momentum av en elektron i en kristall

Tillståndet för varje fri partikel kan karakteriseras av storleken på dess rörelsemängd. Eftersom värdet på rörelsemängden redan har bestämts, tycks, enligt osäkerhetsprincipen, partikelns koordinater vara suddiga i hela kristallen. Sannolikheten att möta en elektron var som helst i kristallgittret är nästan densamma. En elektrons rörelsemängd karakteriserar dess tillstånd i valfri koordinat av energifältet. Beräkningar visar att beroendet av en elektrons energi av dess rörelsemängd är detsamma som för en fri partikel, men samtidigt kan elektronens massa få ett värde som skiljer sig från det vanliga. Generellt sett kommer elektronenergin, uttryckt i rörelsemängd, att ha formen E(p)=p 2 /2m*. I detta fall är m* den effektiva massan av elektronen. Den praktiska tillämpningen av den effektiva elektronmassan är extremt viktig i utvecklingen och studien av nya halvledarmaterial som används inom elektronik och mikroteknik.

Massan av en elektron, som alla andra kvasipartiklar, kan inte karakteriseras av standardegenskaper som är lämpliga i vårt universum. Alla egenskaper hos en mikropartikel kan överraska och ifrågasätta alla våra idéer om världen omkring oss.

En elektron är en fundamental partikel, en av de som är materiens strukturella enheter. Enligt klassificeringen är det en fermion (en partikel med halvheltalsspinn, uppkallad efter fysikern E. Fermi) och en lepton (partiklar med halvheltalsspinn som inte deltar i den starka interaktionen, en av de fyra grundläggande i fysik). Baryonen är lika med noll, som andra leptoner.

Tills nyligen trodde man att elektronen var en elementär, det vill säga en odelbar, strukturlös partikel, men nu har forskare en annan åsikt. Vad består en elektron av enligt moderna fysiker?

Namnets historia

Även i antikens Grekland märkte naturforskare att bärnsten, som tidigare gnuggats med ull, lockar till sig små föremål, det vill säga den uppvisar elektromagnetiska egenskaper. Elektronen har fått sitt namn från grekiskan ἤλεκτρον, som betyder "bärnsten". Termen föreslogs av J. Stoney 1894, även om själva partikeln upptäcktes av J. Thompson 1897. Det var svårt att upptäcka den, anledningen till detta är dess låga massa, och elektronens laddning blev avgörande i upptäcktsexperimentet. De första bilderna av partikeln togs av Charles Wilson med hjälp av en speciell kamera, som används även i moderna experiment och är uppkallad efter honom.

Ett intressant faktum är att en av förutsättningarna för upptäckten av elektronen är ett uttalande av Benjamin Franklin. 1749 utvecklade han en hypotes enligt vilken elektricitet är en materiell substans. Det var i hans arbete som termer som positiva och negativa laddningar, kondensator, urladdning, batteri och partikel av elektricitet först användes. Den specifika laddningen för en elektron anses vara negativ, och den för en proton anses vara positiv.

Upptäckten av elektronen

År 1846 började begreppet "elektricitetsatom" användas i hans verk av den tyske fysikern Wilhelm Weber. Michael Faraday upptäckte termen "jon", som nu kanske alla känner till från sin skoltid. Frågan om elektricitetens natur studerades av många framstående vetenskapsmän, såsom den tyske fysikern och matematikern Julius Plücker, Jean Perrin, den engelske fysikern William Crookes, Ernst Rutherford och andra.

Innan Joseph Thompson framgångsrikt slutförde sitt berömda experiment och bevisade existensen av en partikel mindre än en atom, arbetade många forskare på detta område, och upptäckten skulle inte ha varit möjlig om de inte hade gjort detta kolossala arbete.

1906 fick Joseph Thompson Nobelpriset. Experimentet bestod av följande: strålar av katodstrålar leddes genom parallella metallplattor som skapade ett elektriskt fält. Sedan fick de göra samma väg, men genom ett system av spolar som skapade ett magnetfält. Thompson upptäckte att när de exponerades för ett elektriskt fält avböjdes strålarna, och detsamma observerades under magnetisk påverkan, men katodstrålarnas strålar ändrade inte sina banor om de påverkades av båda dessa fält i vissa förhållanden, vilket berodde på partiklarnas hastighet.

Efter beräkningar fick Thompson veta att hastigheten på dessa partiklar var betydligt lägre än ljusets hastighet, vilket gjorde att de hade massa. Från det ögonblicket började fysiker tro att öppna partiklar av materia var en del av atomen, vilket senare bekräftades att han kallade det "atomens planetariska modell."

Paradoxer i kvantvärlden

Frågan om vad en elektron består av är ganska komplex, åtminstone i detta skede av den vetenskapliga utvecklingen. Innan vi överväger det måste vi ta upp en av kvantfysikens paradoxer som inte ens vetenskapsmän själva kan förklara. Detta är det berömda dubbelslitsexperimentet som förklarar elektronens dubbla natur.

Dess kärna är att framför "pistolen" som skjuter partiklar finns en ram med ett vertikalt rektangulärt hål. Bakom henne finns en vägg på vilken spår av träffar kommer att observeras. Så först måste du förstå hur materia beter sig. Det enklaste sättet att föreställa sig hur en maskin lanserar tennisbollar. Några av bollarna faller ner i hålet, och märkena från träffarna på väggen bildar en vertikal rand. Lägger du till ytterligare ett liknande hål på något avstånd kommer spåren att bilda respektive två ränder.

Vågor beter sig annorlunda i en sådan situation. Om spår från en kollision med en våg visas på väggen, kommer det i fallet med ett hål också att finnas en rand. Allt förändras dock vid två slitsar. Vågen som passerar genom hålen delas på mitten. Om toppen av en av vågorna möter botten av den andra, tar de ut varandra och ett interferensmönster (flera vertikala fransar) dyker upp på väggen. Platser där vågor skär sig kommer att lämna ett märke, men platser där ömsesidig avbrytning inträffade kommer inte att göra det.

Underbar upptäckt

Med hjälp av experimentet som beskrivs ovan kan forskare tydligt visa världen skillnaden mellan kvantfysik och klassisk fysik. När de började skjuta elektroner mot väggen visade den det vanliga vertikala mönstret: vissa partiklar, precis som tennisbollar, föll i gapet, och vissa inte. Men allt förändrades när det andra hålet dök upp. Det dök upp på väggen. Först bestämde fysikerna att elektronerna störde varandra och bestämde sig för att släppa in dem en i taget. Men efter ett par timmar (hastigheten för rörliga elektroner är fortfarande mycket lägre än ljusets hastighet) började interferensmönstret uppträda igen.

Oväntad vändning

Elektronen, tillsammans med några andra partiklar såsom fotoner, uppvisar våg-partikeldualitet (termen "kvantvågdualitet" används också). Precis som den är både levande och död kan tillståndet för en elektron vara både korpuskulärt och vågigt.

Men nästa steg i detta experiment gav upphov till ännu fler mysterier: en fundamental partikel, om vilken allt verkade vara känt, presenterade en otrolig överraskning. Fysiker bestämde sig för att installera en observationsanordning vid hålen för att registrera vilken slits partiklarna passerar och hur de manifesterar sig som vågor. Men så fort observationsmekanismen installerades dök bara två ränder upp på väggen, motsvarande två hål, och inget interferensmönster! Så fort "övervakningen" togs bort började partikeln återigen uppvisa vågegenskaper, som om den visste att ingen längre tittade på den.

En annan teori

Fysikern Born föreslog att en partikel inte förvandlas till en våg i ordets bokstavliga bemärkelse. Elektronen "innehåller" en sannolikhetsvåg det är denna våg som ger interferensmönstret. Dessa partiklar har egenskapen superposition, det vill säga de kan placeras på vilken plats som helst med en viss grad av sannolikhet, varför de kan åtföljas av en liknande "våg".

Ändå är resultatet uppenbart: själva faktumet av närvaron av en observatör påverkar resultatet av experimentet. Det verkar otroligt, men detta är inte det enda exemplet av detta slag. Fysiker genomförde också experiment på större delar av materia när föremålet blev den tunnaste biten av aluminiumfolie. Forskare noterade att bara faktumet av vissa mätningar påverkade objektets temperatur. De kan ännu inte förklara karaktären av sådana fenomen.

Strukturera

Men vad består en elektron av? För närvarande kan modern vetenskap inte svara på denna fråga. Fram till nyligen ansågs den vara en odelbar fundamental partikel, men nu är forskare benägna att tro att den består av ännu mindre strukturer.

Den specifika laddningen av en elektron ansågs också vara elementär, men kvarkar med en fraktionell laddning har nu upptäckts. Det finns flera teorier om vad en elektron är gjord av.

Idag kan man se artiklar som hävdar att forskare har lyckats splittra en elektron. Detta är dock bara delvis sant.

Nya experiment

Redan på åttiotalet av förra seklet föreslog sovjetiska forskare att det skulle vara möjligt att dela en elektron i tre kvasipartiklar. 1996 var det möjligt att separera den i en spinon och en holon, och nyligen separerade fysikern Van den Brink och hans team partikeln i en spinon och en orbiton. Klyvning kan dock endast uppnås under särskilda förhållanden. Experimentet kan utföras under extremt låga temperaturer.

När elektroner "svalnar" till absolut noll, vilket är ungefär -275 grader Celsius, stannar de praktiskt taget och bildar något som liknar materia sinsemellan, som om de smälter samman till en partikel. Under sådana förhållanden lyckas fysiker observera kvasipartiklarna som utgör elektronen.

Informationsbärare

Elektronens radie är mycket liten, den är lika med 2,81794. 10 -13 cm, men det visar sig att dess komponenter är mycket mindre i storlek. Var och en av de tre delarna som elektronen "delades" i bär information om den. Orbiton, som namnet antyder, innehåller data om en partikels orbitalvåg. Spinonen är ansvarig för elektronens spinn, och holonet berättar om laddningen. På så sätt kan fysiker separat observera elektronernas olika tillstånd i ett starkt kylt ämne. De kunde spåra holon-spinon och spinon-orbiton-par, men inte hela trion tillsammans.

Ny teknik

Fysikerna som upptäckte elektronen fick vänta flera decennier innan deras upptäckt omsattes i praktiken. Nuförtiden finner teknik användning inom några år, kom bara ihåg grafen - ett fantastiskt material som består av kolatomer i ett lager. Hur kommer elektrondelning vara användbart? Forskare förutspår skapandet av en hastighet som, enligt deras åsikt, är flera tiotals gånger högre än den för de mest kraftfulla moderna datorerna.

Vad är hemligheten med kvantdatorteknik? Detta kan kallas enkel optimering. I en konventionell dator är den minimala, odelbara informationen lite. Och om vi anser att data är något visuellt, så finns det bara två alternativ för en maskin. En bit kan innehålla antingen en nolla eller en etta, det vill säga delar av den binära koden.

Ny metod

Låt oss nu föreställa oss att en bit innehåller både en nolla och en etta - det här är en "kvantbit" eller "aln". Rollen som enkla variabler kommer att spelas av elektronens spinn (den kan rotera antingen medurs eller moturs). Till skillnad från en enkel bit kan en aln utföra flera funktioner samtidigt, på grund av detta kommer drifthastigheten att öka den låga massan och laddningen av elektronen spelar ingen roll här.

Detta kan förklaras med exemplet med en labyrint. För att komma ur det måste du prova många olika alternativ, varav bara ett kommer att vara korrekt. En traditionell dator kan lösa problem snabbt, men kan fortfarande bara arbeta med ett enda problem åt gången. Han kommer att gå igenom alla möjliga vägar en efter en och så småningom hitta en väg ut. En kvantdator kan tack vare cubitens dualitet lösa många problem samtidigt. Han kommer att granska alla möjliga alternativ inte i sin tur, utan vid en enda tidpunkt, och också lösa problemet. Den enda svårigheten hittills är att få många kvanta att fungera på en uppgift - detta kommer att vara grunden för en ny generations dator.

Ansökan

De flesta använder en dator till vardags. Konventionella datorer gör fortfarande ett utmärkt jobb med detta, men för att förutsäga händelser som beror på tusentals, och kanske hundratusentals variabler, måste maskinen helt enkelt vara enorm. Den kan enkelt hantera saker som månatlig väderprognos, naturkatastrofdatabearbetning och förutsägelse, och utföra komplexa matematiska beräkningar med många variabler på en bråkdel av en sekund, allt med en processor storleken på några atomer. Så kanske mycket snart kommer våra mest kraftfulla datorer att vara tunna som ett pappersark.

Förbli frisk

Kvantdatorteknik kommer att ge ett enormt bidrag till medicinen. Mänskligheten kommer att ha möjlighet att skapa nanomekanismer med den mest kraftfulla potentialen med deras hjälp, det kommer att vara möjligt att inte bara diagnostisera sjukdomar helt enkelt genom att titta på hela kroppen från insidan, utan också att ge medicinsk vård utan kirurgiskt ingrepp: den minsta; robotar med "hjärnan" av en utmärkt dator kommer att kunna utföra alla operationer.

En revolution inom dataspelsområdet är oundviklig. Kraftfulla maskiner som kan lösa problem omedelbart kommer att kunna spela spel med otroligt realistisk grafik, och helt uppslukande datorvärldar är precis runt hörnet.

En elektron är en elementarpartikel, som är en av huvudenheterna i materiens struktur. Elektronladdningen är negativ. De mest exakta mätningarna gjordes i början av 1900-talet av Millikan och Ioffe.

Elektronladdningen är lika med minus 1,602176487 (40)*10 -1 9 C.

Den elektriska laddningen av andra minsta partiklar mäts genom detta värde.

Allmänt begrepp av elektron

Partikelfysiken säger att elektronen är odelbar och inte har någon struktur. Den är involverad i elektromagnetiska och gravitationsprocesser och tillhör leptongruppen, precis som dess antipartikel, positronen. Bland andra leptoner har den den lättaste vikten. Om elektroner och positroner kolliderar resulterar detta i att de förstörs. Ett sådant par kan uppstå från ett gamma-kvantum av partiklar.

Innan neutriner mättes ansågs elektronen vara den lättaste partikeln. Inom kvantmekaniken klassificeras den som en fermion. Elektronen har också ett magnetiskt moment. Om en positron också ingår i den, så delas positronen som en positivt laddad partikel, och elektronen kallas en negatron, som en partikel med negativ laddning.

«>

Utvalda egenskaper hos elektroner

Elektroner klassificeras som den första generationen leptoner, med egenskaperna hos partiklar och vågor. Var och en av dem är utrustad med ett kvanttillstånd, som bestäms genom att mäta energi, spinnorientering och andra parametrar. Hans tillhörighet till fermioner avslöjas genom omöjligheten att ha två elektroner i samma kvanttillstånd samtidigt (enligt Pauli-principen).

Den studeras på samma sätt som en kvasipartikel i en periodisk kristallpotential, vars effektiva massa kan skilja sig betydligt från massan i vila.

Genom elektronernas rörelse uppstår elektrisk ström, magnetism och termisk emk. Laddningen av en elektron i rörelse bildar ett magnetfält. Ett externt magnetfält avleder emellertid partikeln från den raka riktningen. När den accelereras, förvärvar en elektron förmågan att absorbera eller avge energi som en foton. Dess mångfald består av elektroniska atomskal, vars antal och position bestämmer de kemiska egenskaperna.

Atommassan består huvudsakligen av kärnprotoner och neutroner, medan massan av elektroner utgör cirka 0,06 % av den totala atomvikten. Den elektriska Coulomb-kraften är en av huvudkrafterna som kan hålla en elektron nära kärnan. Men när molekyler skapas från atomer och kemiska bindningar uppstår omfördelas elektroner i det nya utrymme som bildas.

Nukleoner och hadroner deltar i uppkomsten av elektroner. Isotoper med radioaktiva egenskaper kan sända ut elektroner. I laboratorier kan dessa partiklar studeras med hjälp av speciella instrument, och till exempel kan teleskop upptäcka strålning från dem i plasmamoln.

Öppning

Elektronen upptäcktes av tyska fysiker på artonhundratalet när de studerade strålarnas katodegenskaper. Sedan började andra forskare studera den mer i detalj och höjde den till en separat partikel. Strålning och andra relaterade fysikaliska fenomen studerades.

Till exempel uppskattade teamet ledd av Thomson laddningen av elektronen och massan av katodstrålen, vars förhållande, som de fann, inte beror på materialkällan.
Och Becquerel fann att mineraler sänder ut strålning på egen hand, och deras beta-strålar kan avledas av inverkan av ett elektriskt fält, och massan och laddningen behåller samma förhållande som katodstrålar.

Atomteori

Enligt denna teori består en atom av en kärna och elektroner runt den, ordnade i ett moln. De befinner sig i vissa kvantiserade energitillstånd, vars förändring åtföljs av processen för absorption eller emission av fotoner.

Kvantmekanik

I början av 1900-talet formulerades en hypotes enligt vilken materialpartiklar har egenskaperna för både partiklar själva och vågor. Ljus kan också uppträda i form av en våg (det kallas en de Broglie-våg) och partiklar (fotoner).

Som ett resultat formulerades den berömda Schrödinger-ekvationen, som beskrev fortplantningen av elektronvågor. Detta tillvägagångssätt kallades kvantmekanik. Den användes för att beräkna de elektroniska energitillstånden i väteatomen.

Elektronens grundläggande och kvantegenskaper

Partikeln uppvisar grundläggande och kvantegenskaper.

De grundläggande inkluderar massa (9,109 * 10 -31 kg), elementär elektrisk laddning (det vill säga den minsta delen av laddningen). Enligt de mätningar som har gjorts hittills innehåller elektronen inga element som kan avslöja dess understruktur. Men vissa forskare anser att det är en punktliknande laddad partikel. Som anges i början av artikeln är den elektroniska elektriska laddningen -1,602 * 10 -19 C.

Eftersom en elektron är en partikel kan den samtidigt vara en våg. Ett experiment med två slitsar bekräftar möjligheten att dess passage samtidigt genom dem båda. Detta står i konflikt med egenskaperna hos en partikel, där passage genom endast en slits är möjlig åt gången.

Elektroner anses ha samma fysikaliska egenskaper. Därför leder deras omarrangemang, ur kvantmekanikens synvinkel, inte till en förändring i systemtillståndet. Elektronvågsfunktionen är antisymmetrisk. Därför försvinner dess lösningar när identiska elektroner hamnar i samma kvanttillstånd (Pauli-principen).

Elektron. Elektronens utbildning och struktur. Magnetisk monopol av en elektron.

(fortsättning)

Del 4. Elektrons struktur.

4.1. En elektron är en tvåkomponentspartikel, som endast består av två supertäta (kondenserade, koncentrerade) fält - elektriskt fält-minus och magnetfält-N. Vart i:

a) elektrontäthet - den maximala möjliga i naturen;

b) elektrondimensioner (D = 10 -17 cm eller mindre) - minimal i naturen;

c) i enlighet med kravet på energiminimering måste alla partiklar - elektroner, positroner, partiklar med fraktionerad laddning, protoner, neutroner etc. ha (och ha) en sfärisk form;

d) av ännu okända anledningar, oavsett energivärdet för "moder"-fotonen, föds absolut alla elektroner (och positroner) absolut identiska i sina parametrar (till exempel är massan av absolut alla elektroner och positroner 0,511 MeV).

4.2. "Det har på ett tillförlitligt sätt fastställts att magnetfältet hos en elektron är samma integralegenskap som dess massa och laddning. De magnetiska fälten för alla elektroner är desamma, precis som deras massor och laddningar är desamma." av elektronen är ekvivalent med laddningen, och vice versa - laddningen av elektronen är ekvivalent med massan (för positron - på liknande sätt).

4.3. Denna ekvivalensegenskap gäller även partiklar med fraktionsladdningar (+2/3) och (-1/3), som är grunden för kvarkar. Det vill säga: massan av en positron, elektron och alla fraktionerade partiklar är ekvivalent med deras laddning, och vice versa - laddningarna för dessa partiklar är ekvivalenta med massa. Därför är den specifika laddningen för elektronen, positronen och alla fraktionerade partiklar densamma (const) och lika med 1,76*10 11 Kl/kg.

4.4. Eftersom ett elementärt energikvant automatiskt är ett elementärt masskvantum, bör elektronmassan (med hänsyn till närvaron av fraktionerade partiklar 1/3 och 2/3) ha värden som är multiplar av massorna av tre negativa halvkvanta. (Se även "Foton. Fotonens struktur. Rörelseprincipen. avsnitt 3.4.)

4.5. Att bestämma den inre strukturen hos en elektron är mycket svårt av många skäl, men det är av betydande intresse att åtminstone till en första approximation beakta inflytandet av två komponenter (elektriska och magnetiska) på elektronens inre struktur. Se fig. 7.

Fig. 7. Elektronens inre struktur, alternativ:

Alternativ 1. Varje par negativa halvkvantlober bildar "mikroelektroner", som sedan bildar en elektron. I det här fallet måste antalet "mikroelektroner" vara en multipel av tre.

Alternativ #2. En elektron är en tvåkomponentspartikel, som består av två dockade oberoende halvsfäriska monopoler - elektriska (-) och magnetiska (N).

Alternativ #3. En elektron är en tvåkomponentspartikel som består av två monopoler - elektrisk och magnetisk. I detta fall är en sfärisk magnetisk monopol placerad i mitten av elektronen.

Alternativ nummer 4. Andra alternativ.

Tydligen kan ett alternativ övervägas när elektriska (-) och magnetiska fält (N) kan existera inuti en elektron inte bara i form av kompakta monopoler, utan också i form av en homogen substans, det vill säga bildar en praktiskt taget strukturlös substans ? kristallint? homogen? partikel. Detta är dock högst tveksamt.

4.6. Vart och ett av de alternativ som föreslås för övervägande har sina egna fördelar och nackdelar, till exempel:

a) Alternativ nr 1. Elektroner av denna design gör det möjligt att enkelt bilda fraktionerade partiklar med en massa och laddning som är en multipel av 1/3, men samtidigt gör de det svårt att förklara elektronens eget magnetfält.

b) Alternativ nr 2. Denna elektron, när den rör sig runt en atoms kärna, är konstant orienterad mot kärnan med sin elektriska monopol och kan därför bara ha två alternativ för rotation runt sin axel - medurs eller moturs (Pauli-uteslutning?), etc.

4.7. När man överväger de angivna (eller nyligen föreslagna) alternativen är det absolut nödvändigt att ta hänsyn till elektronens faktiska egenskaper och egenskaper, samt ta hänsyn till ett antal obligatoriska krav, till exempel:

— förekomsten av ett elektriskt fält (laddning).

— närvaro av ett magnetiskt fält.

— Ekvivalens av vissa parametrar, till exempel: en elektrons massa är ekvivalent med dess laddning och vice versa.

— Förmågan att bilda fraktionerade partiklar med massa och laddningsmultiplar på 1/3;

— förekomsten av en uppsättning kvanttal, spin etc.

4.8. Elektronen uppträdde som en tvåkomponentspartikel, där ena halvan (1/2) är ett förtätat elektriskt fält-minus (elektrisk monopol-minus), och den andra halvan (1/2) är ett förtätat magnetfält (magnetisk monopol -N). Man bör dock komma ihåg att:

- elektriska och magnetiska fält under vissa förhållanden kan generera varandra (omvandlas till varandra);

— en elektron kan inte vara en enkomponentspartikel och bestå till 100 % av ett minusfält, eftersom ett enkelt laddat minusfält kommer att sönderfalla på grund av repulsiva krafter. Det är därför det måste finnas en magnetisk komponent inuti elektronen.

4.9. Tyvärr är det inte möjligt i detta arbete att genomföra en fullständig analys av alla fördelar och nackdelar med de föreslagna alternativen och välja det enda korrekta alternativet för elektronens inre struktur.

Del 5. "Elektronens vågegenskaper."

5.1. "I slutet av 1924. synpunkten enligt vilken elektromagnetisk strålning delvis beter sig som vågor och delvis som partiklar blev allmänt accepterad... Och det var vid denna tid som fransmannen Louis de Broglie, som var doktorand vid den tiden, fick en lysande idé: varför kan inte samma sak gälla för ämnen? Louis de Broglie gjorde det motsatta arbetet på partiklar till vad Einstein gjorde på ljusvågor. Einstein relaterade elektromagnetiska vågor till ljuspartiklar; de Broglie kopplade partiklars rörelse med utbredningen av vågor, som han kallade materiens vågor. De Broglies hypotes baserades på likheten mellan ekvationer som beskrev beteendet hos ljusstrålar och partiklar av materia, och var rent teoretisk till sin natur. Experimentella fakta krävdes för att bekräfta eller motbevisa det.” (c)

5.2. "1927 upptäckte de amerikanska fysikerna K. Davisson och K. Germer att när elektroner "reflekteras" från ytan av en nickelkristall uppträder maxima vid vissa reflektionsvinklar. Liknande data (utseendet av maxima) var redan tillgängliga från observationen av diffraktion av röntgenvågor på kristallstrukturer. Uppkomsten av dessa maxima i reflekterade elektronstrålar kunde därför inte förklaras på något annat sätt förutom utifrån idéer om vågor och deras diffraktion. Således bevisades vågegenskaperna hos partiklar - elektroner (och de Broglies hypotes) genom experiment." (c)

5.3. Men övervägande av processen för uppkomsten av korpuskulära egenskaper hos en foton som beskrivs i detta arbete (se fig. 5.) tillåter oss att dra ganska otvetydiga slutsatser:

a) när våglängden minskar från 10 -4 till 10 - 10 (C)(C)(C)(C)(C)cm fotonens elektriska och magnetiska fält komprimeras

(C)(C)(C)(C)(C)(C)(C)(C)(C)(C)b) med komprimering av de elektriska och magnetiska fälten vid "skiljelinjen", en snabb ökningen av fältens "densitet" börjar och redan i röntgenområdet är fälttätheten jämförbar med densiteten för en "vanlig" partikel.

c) därför reflekteras en röntgenfoton, när den interagerar med ett hinder, inte längre från hindret som en våg, utan börjar studsa av det som en partikel.

5.4. Det är:

a) redan i det mjuka röntgenområdet har fotonernas elektromagnetiska fält blivit så täta att det är mycket svårt att upptäcka deras vågegenskaper. Citat: "Ju kortare våglängd en foton har, desto svårare är det att upptäcka egenskaperna hos en våg och desto mer uttalade egenskaper har en partikel."

b) i de hårda röntgen- och gammaområdena beter sig fotoner som 100 % partiklar, och det är nästan omöjligt att upptäcka vågegenskaper i dem. Det vill säga: en röntgen- och gammafoton förlorar helt egenskaperna hos en våg och förvandlas till hundraprocentig partikel. Citat: "Kvanternas energi i röntgen- och gammaområdena är så hög att strålningen uppför sig nästan helt som en ström av partiklar" (c).

c) i experiment på spridningen av en röntgenfoton från ytan av en kristall var det därför inte längre en våg, utan en vanlig partikel som studsade från kristallens yta och upprepade strukturen hos kristallgittret.

5.5. Före experimenten av K. Davisson och K. Germer fanns det redan experimentella data om observation av diffraktion av röntgenvågor på kristallstrukturer. Därför, efter att ha erhållit liknande resultat i experiment med spridning av elektroner på en nickelkristall, tillskrev de automatiskt vågegenskaper till elektronen. En elektron är dock en "fast" partikel som har en riktig vilomassa, dimensioner etc. Det är inte elektronpartikeln som beter sig som en fotonvåg, utan röntgenfotonen har (och uppvisar) alla egenskaper av en partikel. Det är inte elektronen som reflekteras från hindret som en foton, utan röntgenfotonen som reflekteras från hindret som en partikel.

5.6. Därför: elektronen (och andra partiklar) hade inte, har inte och kan inte ha några "vågegenskaper". Och det finns inga förutsättningar, än mindre möjligheter, för att förändra denna situation.

Del 6. Slutsatser.

6.1 Elektronen och positronen är de första och grundläggande partiklarna, vars närvaro bestämde utseendet på kvarkar, protoner, väte och alla andra element i det periodiska systemet.

6.2. Historiskt sett kallades en partikel för en elektron och fick ett minustecken (materia), och den andra kallades en positron och fick ett plustecken (antimateria). "De kom överens om att betrakta den elektriska laddningen av en elektron negativ i enlighet med en tidigare överenskommelse om att kalla laddningen av elektrifierad bärnsten negativ" (c).

6.3. En elektron kan uppträda (uppträda = född) endast i ett par med en positron (elektron-positron-par). Uppkomsten i naturen av minst en "oparad" (enkel) elektron eller positron är ett brott mot lagen om bevarande av laddning, materiens allmänna elektriska neutralitet, och är tekniskt omöjligt.

6.4. Bildandet av ett elektron-positronpar i Coulomb-fältet av en laddad partikel sker efter uppdelningen av elementära fotonkvanta i längdriktningen i två komponentdelar: negativ - från vilken en minuspartikel (elektron) bildas och positiv - från vilken en pluspartikel (positron) bildas. Uppdelningen av en elektriskt neutral foton i längdriktningen i två delar som är absolut lika i massa, men olika i laddningar (och magnetfält) är en naturlig egenskap hos fotonen, som är ett resultat av lagarna för laddningsbevarande, etc. Närvaron "inuti " elektronen av till och med obetydliga mängder av "pluspartiklar" och "inuti" positronen - "minuspartikeln" - exkluderas. Närvaron av elektriskt neutrala "partiklar" (skrot, bitar, fragment, etc.) av moderfotonen inuti elektronen och protonen är också utesluten.

6.5. Av okända skäl föds absolut alla elektroner och positroner som standard "maximum-minimum" partiklar (det vill säga de kan inte vara större och kan inte vara mindre i massa, laddning, dimensioner och andra egenskaper). Bildandet av mindre eller större pluspartiklar (positroner) och minuspartiklar (elektroner) från elektromagnetiska fotoner är utesluten.

6.6. Den inre strukturen hos en elektron är unikt förutbestämd av sekvensen av dess utseende: elektronen är bildad som en tvåkomponentspartikel, som är 50% ett förtätat elektriskt fält-minus (elektrisk monopol-minus), och 50% en förtätad magnetisk fält (magnetisk monopol-N). Dessa två monopoler kan betraktas som olika laddade partiklar, mellan vilka krafter av ömsesidig attraktion (vidhäftning) uppstår.

6.7. Magnetiska monopoler existerar, men inte i fri form, utan endast som komponenter av en elektron och en positron. I detta fall är den magnetiska monopolen (N) en integrerad del av elektronen, och den magnetiska monopolen (S) är en integrerad del av positronen. Närvaron av en magnetisk komponent "inuti" elektronen är obligatorisk, eftersom endast en magnetisk monopol-(N) kan bilda en mycket stark (och aldrig tidigare skådad i styrka) bindning med en enkelladdad elektrisk monopol-minus.

6.8. Elektroner och positroner har störst stabilitet och är partiklar vars sönderfall är teoretiskt och praktiskt taget omöjligt. De är odelbara (i termer av laddning och massa), det vill säga: spontan (eller påtvingad) uppdelning av en elektron eller positron i flera kalibrerade eller "olika stora" delar är utesluten.

6.9. En elektron är evig och den kan inte "försvinna" förrän den möter en annan partikel som har elektriska och magnetiska laddningar lika stora men motsatta i tecken (positron).

6.10. Eftersom endast två (kalibrerade) standardpartiklar kan uppstå från elektromagnetiska vågor: en elektron och en positron, kan bara standardkvarkar, protoner och neutroner uppträda på grundval av dem. Därför består all synlig (baryonisk) materia i vår och alla andra universum av samma kemiska grundämnen (periodiska systemet) och samma fysikaliska konstanter och grundläggande lagar, liknande "våra" lagar, gäller överallt. Uppkomsten av "andra" elementarpartiklar och "andra" kemiska element är uteslutet vid vilken punkt som helst av oändligt utrymme.

6.11. All synlig materia i vårt universum bildades från fotoner (förmodligen från mikrovågsområdet) enligt det enda möjliga schemat: foton → elektron-positronpar → fraktionerade partiklar → kvarkar, gluon → proton (väte). Därför är all "fast" materia i vårt universum (inklusive Homo sapiens) kondenserade elektriska och magnetiska fält av fotoner. Det fanns ingen annan "materia" för dess bildning i kosmos, det finns inte och det kan inte finnas.

P.S. Är elektronen outtömlig?

Egenskaper

Elektronladdningen är odelbar och lika med −1,602176565(35)·10−19 C (eller −4,80320427(13)·10−10 enheter SGSE-laddning i SGSE-systemet eller −1,602176565(35)·10,−20 enheter SGSE-enheter i SGSM-systemet); det mättes först direkt i experiment ( engelsk) A.F. Ioffe (1911) och R. Millikan (1912). Denna kvantitet fungerar som en måttenhet för den elektriska laddningen av andra elementarpartiklar (till skillnad från laddningen av en elektron tas elementarladdningen vanligtvis med ett positivt tecken). Elektronens massa är 9,10938291(40)·10−31 kg.

Kg är elektronens massa.

Cl - elektronladdning.

C/kg är den specifika laddningen av en elektron.

Elektronspin i enheter

Enligt moderna begrepp inom elementarpartikelfysik är elektronen odelbar och strukturlös (åtminstone upp till avstånd på 10−17 cm). Elektronen deltar i svaga, elektromagnetiska och gravitationella interaktioner. Den tillhör gruppen leptoner och är (tillsammans med sin antipartikel, positronen) den lättaste av de laddade leptonerna. Innan upptäckten av neutrinomassan ansågs elektronen vara den lättaste av de massiva partiklarna - dess massa är ungefär 1836 gånger mindre än protonens massa. Elektronspinnet är 1/2, och därmed är elektronen en fermion. Liksom alla laddade partiklar med spinn har en elektron ett magnetiskt moment, och det magnetiska momentet är uppdelat i en normal del och ett avvikande magnetiskt moment. Ibland anses både elektroner själva och positroner som elektroner (till exempel betrakta dem som ett allmänt elektron-positronfält, en lösning på Dirac-ekvationen). I det här fallet kallas den negativt laddade elektronen en negatron, och den positivt laddade elektronen kallas en positron. [ källa ej angiven 120 dagar]

Eftersom elektronen befinner sig i kristallens periodiska potential betraktas den som en kvasipartikel, vars effektiva massa kan skilja sig avsevärt från elektronens massa.

En fri elektron kan inte absorbera en foton, även om den kan sprida den (se Compton-effekten).

Etymologi och upptäcktshistoria

Namnet "elektron" kommer från det grekiska ordet ἤλεκτρον, som betyder "bärnsten": även i antikens Grekland genomförde naturforskare experiment - bärnstensbitar gnuggades med ull, varefter de började locka till sig små föremål. Termen "elektron" som namnet på den grundläggande odelbara laddningsenheten inom elektrokemi föreslogs av J. J. Stoney ( engelsk) 1894 (själva enheten infördes av honom 1874). Upptäckten av elektronen som en partikel tillhör E. Wichert och J. J. Thomson, som 1897 slog fast att förhållandet mellan laddning och massa för katodstrålar inte beror på källmaterialet. (se Upptäckt av elektronen)

Upptäckt av vågegenskaper. Enligt de Broglies hypotes (1924) har elektronen (liksom alla andra materiella mikroobjekt) inte bara korpuskulära, utan också vågegenskaper. De Broglie-våglängden för en icke-relativistisk elektron är lika med , där är elektronens hastighet. Följaktligen kan elektroner, liksom ljus, uppleva interferens och diffraktion. Elektronernas vågegenskaper upptäcktes experimentellt 1927 av de amerikanska fysikerna K. Davisson och L. Germer (Davisson-Jermer-experiment) och oberoende av den engelske fysikern J. P. Thomson.

Användande

De flesta lågenergielektronkällor använder fenomenen termionisk emission och fotoelektronemission. Högenergielektroner, med energier som sträcker sig från flera keV till flera MeV, emitteras i processerna för beta-sönderfall och intern omvandling av radioaktiva kärnor. Elektronerna som emitteras vid beta-sönderfall kallas ibland beta-partiklar eller beta-strålar. Acceleratorer fungerar som källor för elektroner med högre energi.

Rörelsen av elektroner i metaller och halvledare gör att energi enkelt kan överföras och kontrolleras; detta är en av grunderna för den moderna civilisationen och används nästan överallt inom industri, kommunikation, datavetenskap, elektronik och i vardagen. Drivhastigheten för elektroner i ledare är mycket låg (~0,1-1 mm/s), men det elektriska fältet fortplantar sig med ljusets hastighet. I detta avseende etableras strömmen i hela kretsen nästan omedelbart.

Elektronstrålar, accelererade till höga energier, till exempel i linjäracceleratorer, är ett av huvudmedlen för att studera strukturen hos atomkärnor och elementarpartiklarnas natur. En mer prosaisk tillämpning av elektronstrålar är tv-apparater och monitorer med katodstrålerör (kinescopes). Ett elektronmikroskop utnyttjar också elektronstrålarnas förmåga att följa elektronoptikens lagar. Före uppfinningen av transistorer var nästan all radioteknik och elektronik baserad på vakuumvakuumrör, som använde kontroll av elektronernas rörelse i ett vakuum av elektriska (ibland magnetiska) fält. Elektrovakuumanordningar (EVD) fortsätter att användas i begränsad omfattning i vår tid; de vanligaste applikationerna är magnetroner i mikrovågsugnsgeneratorer och de tidigare nämnda katodstrålerören (CRT) i tv-apparater och bildskärmar.

Elektron som en kvasipartikel

Om en elektron befinner sig i en periodisk potential betraktas dess rörelse som en kvasipartikels rörelse. Dess tillstånd beskrivs av en kvasi-våg vektor. Den huvudsakliga dynamiska egenskapen i fallet med en kvadratisk spridningslag är den effektiva massan, som kan skilja sig avsevärt från massan av en fri elektron och i det allmänna fallet är en tensor.

Elektron och universum

Det är känt att av var 100:e nukleon i universum är 87 protoner och 13 är neutroner (de senare finns främst i heliumkärnor). För att säkerställa den övergripande neutraliteten hos ett ämne måste antalet protoner och elektroner vara lika. Tätheten av baryonmassa (observerad med optiska metoder), som huvudsakligen består av nukleoner, är ganska välkänd (en nukleon per 0,4 kubikmeter). Om man tar hänsyn till det observerbara universums radie (13,7 miljarder ljusår), kan man beräkna att antalet elektroner i denna volym är ~10 80, vilket är jämförbart med stora Dirac-tal.

se även

• En-elektronuniversumsteori
• Elektricitet
• Elektronik
• Fotomultiplikatorrör
• Elektrisk lampa

Introduktion………………………………………………………………………………………
Huvudsak………………………………………………………………
	Definition av elektronen, dess upptäckt…………..……………………………
	Elektronens egenskaper …………………………………………………………………………
	Struktur för elektroniska skal……..………………………………..
	Slutsatser ……………………………………………………………….
Slutsats……………………………………………………………………
Bibliografi…………………………………………………………..
Ansökningar
Bilaga 1……………………………………………………………….

Introduktion

Vi fick den första uppfattningen om vad en atom, en elektron och elektronskal är tillbaka i 8:e klass. Dessa var grunderna, den enklaste förklaringen till vad som senare visade sig vara det mest komplexa materialet. För mig i 8:an räckte de enklaste förklaringarna. Men för inte så länge sedan, för 2-3 månader sedan, började jag undra hur en atom faktiskt fungerar, hur en elektron rör sig, vad en "elektronorbital" är i sin fulla förståelse. Först försökte jag tänka på det själv, men enligt min mening kom inget "smart" ur det. Sedan började jag studera ytterligare litteratur för att få en fullständig förståelse av mikrovärlden och svara på de frågor som intresserade mig. För varje ny rad av det jag läste avslöjades något nytt för mig. Därefter försökte jag presentera vad jag kunde studera och delvis (eftersom kunskap om en så hög nivå ges vid universitet och studeras av många vetenskapsmän över hela världen, och det är mycket svårt för en skolbarn att helt förstå sådant material ) förstå under denna tid.

Huvudsak

1. Definition av elektronen, dess upptäckt.

Elektron – stabil, negativt laddad elementarpartikel , en av materiens grundläggande strukturella enheter.

Är fermion (det vill säga det har den halv hel snurra ). Refererar till leptoner (den enda stabila partikeln bland laddade leptoner). Består av elektroner elektronskal av atomer , där deras antal och position bestämmer nästan allt Kemiska egenskaper ämnen. Rörelsen av fria elektroner orsakar fenomen som elektrisk ström i ledare och vakuum.

Öppningsdatum elektron anses vara 1897, då Thomson Ett experiment genomfördes för att studera katodstrålar. De första bilderna av individuella elektronspår erhölls Charles Wilson med hjälp av dimkammare.

2. Elektronens egenskaper.

A. Massa och laddning av partikeln.

Elektronladdningen är odelbar och lika med −1.(35)·10−19 C. Den mättes först direkt i experiment av A.F. Ioffe (1911) och R. Millikan (1912). Denna kvantitet fungerar som en måttenhet för den elektriska laddningen av andra elementarpartiklar (till skillnad från laddningen av en elektron tas elementarladdningen vanligtvis med ett positivt tecken). Elektronens massa är 9.(40)·10−31 kg.

B. Omöjligheten att beskriva en elektron genom mekanikens och elektrodynamikens klassiska lagar.

Under lång tid fanns det ingen kunskap om atomens faktiska struktur. I slutet av 1800-talet – början av 1900-talet. V. det bevisades att atomen är en komplex partikel som består av enklare (elementar)partiklar. År 1911, baserat på experimentella data, den engelske fysikern E.Rutherford föreslog en kärnmodell av en atom med nästan total masskoncentration i en relativt liten volym. Kärnan i en atom, som består av protoner och neutroner, har en positiv laddning. Den är omgiven av elektroner som bär en negativ laddning.

Det är omöjligt att beskriva rörelsen av elektroner i en atom utifrån klassisk mekanik och elektrodynamik, eftersom:

· om vi hävdar att en elektron (som en fast kropp) rör sig i en sluten cirkulär bana runt kärnan med V~ m/s (dvs betraktat från den klassiska mekanikens position), så bör den under inverkan av en centripetalkraft på kortast möjliga tid (~ sek) kommer att falla på kärnan av en atom, vilket kommer att leda till att atomen inte existerar som sådan och att molekyler inte finns, eftersom elektroner interagerar mellan atomer;

· om vi betraktar en elektron som en laddad kropp (dvs betraktad från elektrodynamikens position), måste den oundvikligen attraheras av en positivt laddad kärna, och även när den rör sig kommer den att avge ett elektromagnetiskt fält och förlora energi, vilket oundvikligen kommer att leda till en liknande situation som och i fråga om övervägande från den klassiska mekanikens ställning.

Så här skrev Niels Bohr:

"Otillräckligheten hos klassisk elektrodynamik för att förklara atomens egenskaper utifrån en modell av Rutherford-typ visar sig tydligt när man betraktar det enklaste systemet som består av en positivt laddad kärna av mycket liten storlek och en elektron som rör sig i en sluten bana runt kärnan. För enkelhetens skull antar vi att elektronens massa är försumbar jämfört med kärnans massa, och elektronernas hastighet är liten jämfört med ljusets hastighet.

Låt oss först anta att det inte finns något energiutsläpp. I det här fallet kommer elektronen att röra sig i stationära elliptiska banor... Tänk nu på effekten av energistrålning, eftersom den vanligtvis mäts av elektronens acceleration. I detta fall kommer elektronen inte längre att röra sig i stationära banor. Energin W kommer kontinuerligt att minska, och elektronen närmar sig kärnan och beskriver allt mindre banor med en ständigt ökande frekvens; medan elektronen i genomsnitt får rörelseenergi, förlorar systemet som helhet energi. Denna process kommer att fortsätta tills storleken på banorna blir i samma ordning som storleken på elektronerna eller kärnan. En enkel beräkning visar att energin som emitteras under denna process är oändligt mycket större än den som emitteras under vanliga molekylära processer. Uppenbarligen är beteendet hos ett sådant system helt annorlunda än vad som faktiskt händer med ett atomsystem i naturen. För det första har riktiga atomer vissa storlekar och frekvenser under lång tid. Vidare verkar det som att om vi betraktar någon molekylär process, då efter att ha emitterat en viss mängd energi som är karakteristisk för det emitterade systemet, kommer detta system alltid igen att befinna sig i ett tillstånd av stabil jämvikt, där avstånden mellan partiklarna kommer att vara ca. samma storleksordning som före processen."

B. Bohrs postulat.

Grundläggande antaganden formulerade Niels Bohr V 1913 för att förklara mönstret linjespektrum för en väteatom och väteliknande joner, samt kvant typ av utsläpp och absorption Sveta. Bohr kom från planetarisk atommodell Rutherford.

· Atom kan bara vara i speciella stationära, eller kvanttillstånd, som var och en har en specifik energi. I ett stationärt tillstånd avger inte en atom elektromagnetiska vågor.

· Elektron i en atom , utan att förlora energi, rör sig längs vissa diskreta cirkulära banor för vilka vinkelmomentet kvantiseras . Närvaron av en elektron i omloppsbana bestämmer energin för dessa stationära tillstånd.

När en elektron rör sig från en bana (energinivå) till en bana, sänds den ut eller absorberas energikvantum hν = En − Em , Var Sv; Em – energinivåer , mellan vilka övergången sker. När man flyttar från en övre nivå till en lägre, avges energi när man flyttar från en lägre till en övre nivå, den absorberas.

a) ”Den dynamiska jämvikten i ett system i stationära tillstånd kan övervägas med hjälp av vanlig mekanik, medan övergången av ett system från ett stationärt tillstånd till ett annat inte kan tolkas utifrån detta.

b) Den indikerade övergången åtföljs av emissionen av monokromatisk strålning, för vilken förhållandet mellan frekvensen och mängden energi som frigörs är exakt detsamma som det som ges av Plancks teori ... "

tillät Bohr att komponera sin teori om atomstruktur eller Bohrs modell av atomen.

Det är en semi-klassisk modell av atomen, baserad på Rutherfords teori om atomens struktur. Genom att använda ovanstående antaganden och den klassiska mekanikens lagar, nämligen likheten mellan attraktionskraften för en elektron från sidan av kärnan och centrifugalkraften som verkar på en roterande elektron, erhöll Bohr följande värden för radien av en stationär bana och energin hos elektronen som finns i denna bana:

https://pandia.ru/text/78/008/images/image006_77.gif" alt="m_e" width="24" height="12"> - масса электрона, Z - количество протонов в ядре, - диэлектрическая постоянная, e - заряд электрона.!}

Detta är precis uttrycket för energi som kan erhållas genom att använda Schrödinger ekvation , lösa problemet med elektronrörelse i ett centralt Coulomb-fält.

Radien för den första omloppsbanan i väteatomen R0=5.(36)·10−11 m, nu kallad Bohr radie , eller atomär längdenhet och används flitigt i modern fysik. Energin för den första omloppsbanan eV är joniseringsenergi väteatom.

Notera: Denna modell är en grov tillämpning av elektrodynamikens lagar med några antaganden för att endast förklara elektronens rörelse i en väteatom. För mer komplexa system med ett stort antal elektroner är denna teori oacceptabel. Det är en konsekvens av mer allmänna kvantlagar.

G. Våg-partikeldualitet.

Inom klassisk mekanik övervägs två typer av rörelse: kroppsrörelse med lokalisering av ett rörligt föremål vid varje punkt av banan vid en viss tidpunkt och vågrörelse , delokaliserats i miljöns utrymme. För mikroobjekt är en sådan distinktion av rörelse omöjlig. Denna funktion av rörelse kallas våg-partikeldualitet.

Våg-partikeldualitet – förmågan hos en mikropartikel med massa, storlek och laddning att samtidigt uppvisa egenskaper som är karakteristiska för vågor, till exempel förmågan till diffraktion. Beroende på vilka egenskaper partiklar som studeras uppvisar de antingen en eller annan egenskaper.

Författaren till idén om våg-partikeldualitet var A. Einstein , som föreslog att betrakta kvanta av elektromagnetisk strålning - fotoner - som partiklar som rör sig med ljusets hastighet och har noll vilomassa. Deras energi är lika E = mc 2 = hν = hc / λ ,

Var m- fotonmassa, Med- ljusets hastighet i vakuum, h- Plancks konstant, ν - strålningsfrekvens, λ - våglängd.

1924, fransk fysiker Louis de Broglie föra fram tanken att den vågnatur av utbredning som fastställts för fotoner är universell. Det bör visas för alla partiklar med fart. Alla partiklar med ändlig rörelsemängd har vågegenskaper, särskilt de är föremål för interferens Och diffraktion .

Formel de Broglie fastställer beroendet av våglängden associerad med en rörlig partikel av materia på partikelns rörelsemängd:

var är partikelns massa, är dess hastighet, - Plancks konstant . Vågorna i fråga kallas de Broglie-vågor. Formel de Broglie bekräftas experimentellt genom experiment på spridning av elektroner och andra partiklar på kristaller och på partiklars passage genom ämnen. Ett tecken på vågprocessen i alla sådana experiment är diffraktionsmönstret för fördelningen av elektroner (eller andra partiklar) i partikelmottagarna.

De Broglie vinkar har en specifik natur som inte har någon analogi bland vågorna som studerats i klassisk fysik: den kvadratiska modulen för de Broglie-vågamplituden vid en given punkt är ett mått på sannolikheten att en partikel detekteras vid den punkten. De diffraktionsmönster som observeras i experiment är en manifestation av ett statistiskt mönster, enligt vilket partiklar faller in på vissa ställen i mottagarna – där intensiteten hos de Broglie-vågen är som störst. Partiklar detekteras inte på de platser där, enligt statistisk tolkning, den kvadratiska modulen för amplituden för "sannolikhetsvågen" försvinner.

Denna teori markerade början på utvecklingen av kvantmekaniken. För tillfället är begreppet våg-partikeldualitet endast av historiskt intresse, eftersom det endast tjänade som en tolkning, ett sätt att beskriva beteendet hos kvantobjekt, genom att välja analogier för det från klassisk fysik. Faktum är att kvantobjekt varken är klassiska vågor eller klassiska partiklar, och förvärvar egenskaperna hos den första eller andra endast till någon approximation.

D. Heisenbergs osäkerhetsprincip.

1927, en tysk teoretisk fysiker I. Heisenberg formulerade principen om osäkerhet, som består i den grundläggande omöjligheten att samtidigt exakt bestämma positionen för en mikropartikel i rymden och dess rörelsemängd:

Δ px · Δ x ≥ h/ 2π,

där Δ px = m Δ vx x - osäkerhet (fel vid bestämning) av mikroobjektimpulsen längs koordinaten X; Δ x- osäkerhet (fel vid bestämning) av mikroobjektets position längs denna koordinat.

Således, ju mer exakt hastigheten bestäms, desto mindre är känt om partikelns placering och vice versa.

Därför, för en mikropartikel (i detta fall en elektron), blir konceptet med en rörelsebana oacceptabelt, eftersom det är associerat med partikelns specifika koordinater och momentum. Vi kan bara prata om sannolikheten att upptäcka det i vissa områden i rymden.

Det skedde en övergång från elektronernas "rörelsebanor" som introducerades av Bohr till konceptet orbitaler – områden i rymden där sannolikheten för att elektroner finns är maximal.

3. Struktur av elektroniska skal.

Elektronskal av en atom – område av rymden med den sannolika placeringen av elektroner som kännetecknas av samma värde på det huvudsakliga kvanttalet n och, som en konsekvens, belägen på nära energinivåer. Antalet elektroner i varje elektronskal överstiger inte ett visst maxvärde.

Elektronskal av en atom – det är en samling atomära orbitaler med samma värde av det huvudsakliga kvanttalet n.

a) Begreppet en atomomloppsbana.

Atomomlopp – det är en enda elektron vågfunktion i ett sfäriskt symmetriskt elektriskt fält av atomkärnan, givet av huvudmannen n, orbital l och magnetiska m kvanttal.

1) Vågfunktion - en komplex funktion som beskriver tillståndet i ett kvantmekaniskt system. (Väteatomen accepteras som det enklaste kvantsystemet. Det är på grundval av det som alla beräkningar relaterade till vågfunktionen görs.)

Det viktigaste är den fysiska innebörden av vågfunktionen. Den består av följande:

« sannolikhetstäthet placering av en partikel vid en given punkt i rymden vid ett givet ögonblick anses lika medfyrkant absolutvärdevågfunktion för detta tillstånd i koordinerad representation."

Vågfunktionen för systemet A av partiklar innehåller koordinaterna för alla partiklar: ψ(1,2,...,A, t).

Den kvadratiska modulen för vågfunktionen för en individuell partikel |ψ(,t)|2 = ψ*(,t)ψ(,t) ger sannolikheten att detektera en partikel vid tidpunkten t vid en punkt i rymden som beskrivs av koordinater, nämligen |ψ(,t) |2dv ≡ |ψ(x, y, z, t)|2dxdydz är sannolikheten att hitta en partikel i ett område av rymden med volym dv = dxdydz runt punkten x, y, z. På liknande sätt ges sannolikheten att vid tidpunkten t hitta ett system A av partiklar med koordinaterna 1,2,...,A i ett volymelement i flerdimensionellt rum av värdet |ψ(1,2,...,A, t )|2dv1dv2...dvA .

Heisenbergs osäkerhetsprincip sätter vissa gränser för noggrannheten i vågfunktionsberäkningar.

Värdet på vågfunktionen hittas genom att lösa den sk Schrödinger ekvationer.

2) Schrödinger ekvation - ekvation som beskriver förändring i rum och tid rent (kvant)tillstånd , givet vågfunktion.

Det föreslogs 1926 av en tysk fysiker E. Schrödinger att beskriva tillståndet för en elektron i en väteatom.

3) Den fysiska betydelsen av vågfunktionen gör det möjligt att förstå den geometriska betydelsen av atomomloppsbanan, som är följande:

"En atomomloppsbana är ett område i rymden som begränsas av en yta med samma densitetsannolikheterelleravgift. Sannolikhetstätheten på gränsytan väljs baserat på problemet som löses, men vanligtvis på ett sådant sätt att sannolikheten för att hitta en elektron i ett begränsat område ligger i värdeintervallet 0,9 - 0,99"

4) Kvanttal – dessa är siffror som bestämmer formen på omloppsbanan, elektronens energi och rörelsemängd.

Huvudkvantnummer n kan ta vilket positivt heltalsvärde som helst, från ett ( n= 1,2,3, … ∞) och bestämmer elektronens totala energi i en given orbital (energinivå):

Energi för n= ∞ motsvarar enelektronjoniseringsenergi för en given energinivå.

· Orbitalkvanttalet (även kallat det azimutala eller komplementära kvanttalet) bestämmer vinkelmoment elektron och kan ta heltalsvärden från 0 till n - 1 (l = 0,1, …, n - 1). Momentum i detta fall ges av relationen

Atomorbitaler benämns vanligtvis med bokstavsbeteckningen för deras orbitalnummer:

Bokstavsbeteckningarna för atomära orbitaler kommer från beskrivningen av spektrallinjer i atomspektra: s (skarp) - en skarp serie i atomspektra, sid (rektor)- Hem, d (diffus) - diffus, f (grundläggande) - grundläggande.

· Magnetiskt kvantnummer ml

En elektrons rörelse i en sluten bana orsakar uppkomsten av ett magnetfält. Elektronens tillstånd, bestämt av elektronens orbitala magnetiska moment (som ett resultat av dess rörelse i omloppsbana), kännetecknas av det tredje kvanttalet - magnetisk ml. Detta kvanttal kännetecknar orienteringen av omloppsbanan i rymden, och uttrycker projiceringen av den omloppsbanas vinkelmoment på magnetfältets riktning.

Enligt orienteringen av omloppsbanan i förhållande till riktningen för den externa magnetiska fältstyrkevektorn, kan det magnetiska kvanttalet anta värdena för alla heltal, både positiva och negativa, från – l till +l, inklusive 0, dvs. totalt (2l + 1) värden. Till exempel, när l = 0, ml= - 1, 0, +1.

Således, ml kännetecknar storleken på projektionen av vektorn för omloppsrörelsemängd på den valda riktningen. Till exempel kan en p-orbital i ett magnetfält orienteras i rymden i 3 olika positioner. [ 9. 55]

5) Skal.

Elektroniska skal betecknas med bokstäver K, L, M, N, O, P, Q eller siffror från 1 till 7. Skalets undernivåer anges med bokstäver s, p, d, f, g, h, i eller siffror från 0 till 6. Elektroner i de yttre skalen har mer energi, och är, jämfört med elektronerna i de inre skalen, placerade längre från kärnan, vilket gör dem viktigare för att analysera atomens beteende i kemiska reaktioner och som en ledare, eftersom deras förbindelse med kärnan är svagare och går sönder lättare.

6) Undernivåer.

Varje skal består av en eller flera undernivåer, som var och en består av atomära orbitaler. Till exempel består det första skalet (K) av en undernivå "1s". Det andra skalet (L) består av två undernivåer, 2s och 2p. Det tredje skalet består av "3s", "3p" och "3d".

För att fullständigt förklara strukturen för elektroniska skal är det nödvändigt att markera följande 3 mycket viktiga punkter:

1) Paulis princip.

Den formulerades av den schweiziske fysikern W. Pauli 1925. Den är som följer:

En atom kan inte ha två elektroner som har samma egenskaper.

I själva verket är denna princip mer grundläggande. Det gäller alla fermioner.

2) Principen om minsta energi.

I en atom är varje elektron placerad så att dess energi är minimal (vilket motsvarar dess största förbindelse med kärnan).

Eftersom energin för en elektron i grundtillståndet bestäms av huvudkvanttalet n och det sekundära kvanttalet l, fylls de undernivåer för vilka summan av värdena för kvanttalen n och l är de minsta först.

Baserat på det här för första gången 1961 formulerade en allmän ståndpunkt om att:

Elektronen upptar en nivå som inte har ett minimivärde i grundtillståndetn, och med det minsta värdet av summann+ l.

3) Hunds regel.

Till detta värdel(dvs inom en viss undernivå) är elektroner arrangerade på ett sådant sätt att det totala spinnet är maximalt.

Om till exempel tre elektroner behöver fördelas i tre p-celler i en kväveatom, kommer de att vara placerade i en separat cell, dvs placerade i tre olika p-orbitaler:

Slutsatser:

1) En elektrons rörelse och egenskaper kan inte beskrivas av mekanikens och elektrodynamikens klassiska lagar. Elektronen kan endast beskrivas inom kvantfysikens ramar.

2) Elektronen har inte en tydlig rotationsbana. Det finns ett elektron-"moln" runt kärnan, där elektronen är belägen var som helst i rymden när som helst.

3) En elektron har egenskaperna hos en partikel och en våg.

4) Det finns olika fysiska och matematiska metoder för att beskriva egenskaperna hos en elektron.

5) Atomorbitaler, som var och en består av högst 2 elektroner, utgör atomens elektroniska skal, vars elektroner deltar i bildandet av interatomära bindningar i molekyler.

Slutsats.

I skolan, i det inledande skedet, avslöjar de inte helt den verkliga förståelsen av atomens och elektronens struktur. För att bättre förstå dess struktur är det nödvändigt att studera ytterligare litteratur. Och alla som är intresserade av detta ämne har alla möjligheter att fördjupa sina kunskaper och till och med bidra till kunskapen om mikropartiklar.

Initial kunskap om fysikens lagar räcker inte för att fullständigt beskriva mikrovärldens objekt, i detta fall elektroner.

Utan att förstå universums grunder, mikrovärldens grundläggande begrepp, är det omöjligt att förstå makro- och megavärlden omkring oss.

Bibliografi

1. Wikipedia. Artikel "Atomorbital".

2. Wikipedia. "Vågfunktion".

3. Wikipedia. Artikel "Upptäckt av elektronen".

4. Wikipedia. Artikel "Bohrs postulat".

5. Wikipedia. "Schrödingers ekvation".

6. Wikipedia. Artikel "Elektron".

7. , . Läsare om fysik: en lärobok för studenter" s. 168: Från artikeln av N. Bohr "Om strukturen av atomen och molekylerna." Del ett. "Bindning av elektroner med en positiv kärna".

8. Institutionen för MITHT. Grunderna i materiens struktur.

9. , . Början av kemin.

Bilaga 1

1. Sir Joseph John Thomson(18 december 1856 - 30 augusti 1940) - Engelsk fysiker som upptäckte elektronen, vinnare av 1906 års Nobelpris i fysik. De flesta av hans verk ägnas åt elektriska fenomen, och på senare tid särskilt till passage av elektricitet genom gaser och studier av röntgenstrålar och Becquerel.

2. Charles Thomson Rhys Wilson(14 februari 1869, Glencorse - 15 november 1959, Carlops, en förort till Edinburgh) - skotsk fysiker, för utvecklingen av den efter honom uppkallade molnkammaren, som gav "en metod för att visuellt detektera banorna för elektriskt laddade partiklar med hjälp av ångkondensation" tilldelades Wilson 1927 (tillsammans med Arthur Compton) Nobelpriset i fysik.

3. Ernest Rutherford(30 augusti 1871, Spring Grove - 19 oktober 1937, Cambridge) - brittisk fysiker av Nya Zeelands ursprung. Känd som kärnfysikens "fader" skapade han den planetariska modellen av atomen. Vinnare av Nobelpriset i kemi 1908.

4. Niels Henrik David Bohr(7 oktober 1885, Köpenhamn - 18 november 1962, Köpenhamn) - Dansk teoretisk fysiker och offentlig person, en av grundarna av modern fysik. Vinnare av Nobelpriset i fysik (1922). Han var medlem i mer än 20 vetenskapsakademier runt om i världen, inklusive en utländsk hedersmedlem i USSR Academy of Sciences (1929; motsvarande medlem sedan 1924).

Bohr är känd som skaparen av den första kvantteorin om atomen och en aktiv deltagare i utvecklingen av grunderna för kvantmekaniken. Han gav också ett betydande bidrag till utvecklingen av teorin om atomkärnan och kärnreaktioner, processer för interaktion mellan elementarpartiklar och miljön.

5. Albert Einstein 14 mars 1879, Ulm, Württemberg, Tyskland - 18 april 1955, Princeton, New Jersey, USA) - teoretisk fysiker, en av grundarna av modern teoretisk fysik, vinnare av 1921 års Nobelpris i fysik, offentlig person och humanist. Levde i Tyskland (1879-1893, 1914-1933), Schweiz (1893-1914) och USA (1933-1955). Hedersdoktor vid ett 20-tal ledande universitet i världen, medlem av många vetenskapsakademier, inklusive utländsk hedersmedlem i USSR Academy of Sciences (1926). Författare till många böcker och artiklar. Författare till de viktigaste fysikaliska teorierna: Allmän relativitetsteori, kvantteori om den fotoelektriska effekten, etc.

6. Raymond, 7:e hertigen av Broglie, mer känd som Louis de Broglie(15 augusti 1892, Dieppe - 19 mars 1987, Louveciennes) - fransk teoretisk fysiker, en av grundarna av kvantmekaniken, nobelpristagare i fysik för 1929, medlem av Franska vetenskapsakademin (sedan 1933) och dess permanenta sekreterare (sedan 1942 år), ledamot av Franska Akademien (sedan 1944).

Louis de Broglie är författare till verk om grundläggande problem inom kvantteorin. Han utvecklade en hypotes om materialpartiklars vågegenskaper (de Broglie-vågor eller materiavågor), som lade grunden för utvecklingen av vågmekaniken. Han föreslog en originell tolkning av kvantmekaniken, utvecklade den relativistiska teorin om partiklar med godtycklig spinn, i synnerhet fotoner (neutrinoteorin om ljus), behandlade frågor om radiofysik, klassiska och kvantfältteorier, termodynamik och andra grenar av fysiken.

7. Werner Carl Heisenberg(tyska: 5 december 1901, Würzburg - 1 februari 1976, München) - tysk teoretisk fysiker, en av skaparna av kvantmekaniken. Vinnare av Nobelpriset i fysik (1932). Medlem i ett antal akademier och vetenskapliga sällskap runt om i världen.

8. Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger(12 augusti 1887, Wien - 4 januari 1961, ibid.) - Österrikisk teoretisk fysiker, en av skaparna av kvantmekaniken. Vinnare av Nobelpriset i fysik (1933). Medlem av ett antal vetenskapsakademier runt om i världen, inklusive en utländsk medlem av USSR Academy of Sciences (1934).

Schrödinger äger ett antal grundläggande resultat inom kvantteorin, som låg till grund för vågmekaniken: han formulerade vågekvationer (stationära och tidsberoende Schrödinger-ekvationer), utvecklade en vågmekanisk störningsteori och fick lösningar på ett antal specifika problem. Schrödinger föreslog en originell tolkning av vågfunktionens fysiska betydelse. Han är författare till ett flertal artiklar inom olika fysikområden: statistisk mekanik och termodynamik, dielektrisk fysik, färglära, elektrodynamik, allmän relativitetsteori och kosmologi; han gjorde flera försök att konstruera en enhetlig fältteori.

Fermion- enligt moderna vetenskapliga begrepp: elementarpartiklar som utgör materia. Fermioner inkluderar kvarkar, elektroner, myoner, taulepton och neutriner. Inom fysiken, en partikel (eller kvasipartikel) med ett halvt heltals spin-värde. De fick sitt namn för att hedra fysikern Enrico Fermi.

leptoner- fermioner, det vill säga deras spin är 1/2. Leptoner utgör tillsammans med kvarkar klassen av fundamentala fermioner – partiklar som utgör materia och som så vitt man vet inte har någon inre struktur.

Linjespektrum för väte(eller Spektralserie av väte) – en uppsättning spektrallinjer som erhålls när elektroner övergår från någon av de överliggande stationära nivåerna till en underliggande, som är den huvudsakliga för en given serie.

Momentum − en kvantitet som beror på hur mycket massa av en given kropp som roterar, hur den är fördelad i förhållande till rotationsaxeln och med vilken hastighet rotationen sker.

Stationärt tillståndär tillståndet för ett kvantsystem där dess energi och andra dynamiska storheter som kännetecknar kvanttillståndet inte förändras.

Kvanttillstånd- alla möjliga tillstånd som ett kvantsystem kan vara i.

Inom vågmekanik beskrivs det av en vågfunktion.

Den har en dubbel natur. Eftersom elektronen är i kontinuerlig rörelse inom atomkärnan, uppvisar elektronen samtidigt egenskaperna hos en våg och en partikel. En elektrons rörelse lyder lagar.
Sambandet mellan våg- och korpuskulära egenskaper hos elektronen reflekteras av de Broglie-relationen:
X =h/mv,

Var λ elektronvåglängd; m dess massa; v fart;
h= 6,62 10 - 34 J s Plancks konstant.

Elektrons energi och koordinater kan, liksom andra elementarpartiklar, inte mätas samtidigt med samma noggrannhet (Heisenberg). Därför kan en elektrons rörelse i en atom eller molekyl inte beskrivas med hjälp av en bana. En elektron kan finnas var som helst i rymden, men med olika sannolikhet.

Den del av rymden där det är stor sannolikhet att hitta en elektron kallas eller elektroniskt moln.

Elektron en elementarpartikel som är en del av en atom.
Laddning 1,6 · 10 19 C (1 elementär laddning).
Massa 0,0005486 amu (1/1836 av en protons massa).
Snurra 1/2.
Öppnas av J.J. Thompson 1897
En elektrons rörelse lyder kvantmekanikens lagar.

Elektron orbital

En elektron, som är i kontinuerlig rörelse inom atomkärnan, uppvisar samtidigt egenskaperna hos en våg och en partikel. Vågfunktionen används för att beskriva dess tillstånd i en atom eller molekyl Ψ (x,y,z), kallas orbital (x,y,z– rumsliga koordinater).
Funktionsmodul kvadrat |Ψ| 2 dτ bestämmer sannolikheten att hitta en elektron i en given elementär volym dτ . Inom kvantmekaniken, orbitalen Ψ är en lösning på Schrödingers vågekvation:

E Ψ = Ψ,
Var E– energi, – Hamiltonoperatör.

Vågfunktion Ψ är amplituden för en stående våg, dess tecken kan vara positivt eller negativt. Den kvadratiska modulen för vågfunktionen som motsvarar elektronmolnets densitet i en given volym är alltid positiv.
Ett förenklat tillvägagångssätt används ofta och En orbital är ett område i rymden där sannolikheten att hitta en elektron är maximal. (~ 95%).

Kvantmekanik fysikalisk teori som fastställer rörelselagarna för mikropartiklar (elektroner, kärnor, etc.). De viktigaste skillnaderna mellan kvantmekanik och klassisk mekanik (som beskriver makropartiklars rörelse) är följande:

1. Vissa fysiska storheter inom kvantmekaniken är sannolikhetsmässiga till sin natur. Till exempel kan positionen (koordinaterna) och hastigheten för en mikropartikel inte bestämmas exakt, men sannolikheten för deras olika värden kan bara beräknas.
2. Förändringen i vissa fysiska storheter inom kvantmekaniken sker inte kontinuerligt utan diskret. Till exempel kan en mikropartikels energi bara ha vissa specifika värden.

Heisenbergs osäkerhetsprincip

Experimentella studier av egenskaperna hos mikropartiklar (atomer, elektroner, kärnor, fotoner, etc.) har visat att noggrannheten för att bestämma deras dynamiska variabler (koordinater, kinetisk energi, rörelsemängd etc.) är begränsad och regleras av den upptäckta osäkerhetsprincipen år 1927 av W. Heisenberg . Enligt denna princip kan de dynamiska variablerna som kännetecknar systemet delas in i två (ömsesidigt komplementära) grupper:

1) temporala och rumsliga koordinater ( t Och q);
2) impulser och energi ( sid Och E).

I detta fall är det omöjligt att samtidigt bestämma variabler från olika grupper med någon önskad grad av noggrannhet (till exempel koordinater och impulser, tid och energi). Detta beror inte på den begränsade upplösningen av instrument och experimentell teknik, utan speglar en grundläggande naturlag. Dess matematiska formulering ges av relationerna:

där Δ q, Δ sid, Δ E, Δ t- osäkerhet (fel) vid mätning av koordinater, momentum, energi respektive tid; h- Planck är konstant.

Vanligtvis anges energivärdet för en mikropartikel ganska exakt, eftersom detta värde är relativt lätt att bestämma experimentellt.