به نام خالق هستی
الکترون چیست؟
مطالعات انجام شده درباره کوچک ترین واحد ماده یعنی اتم منجر به شناسایی 70 بخش از آن شده است است که البته در بین آن ها الکترون، پروتون و نوترون مهمترین اجزاء آن شناخته می شوند.
به طور کلی و به زبان ساده می توان گفت که الکترون جزء بار منفی یک اتم است که خارج از هسته اتم در گردش است. هر الکترون حامل یک بار منفی بوده و در مقایسه با یک نوترون و یک پروتون جرم بسیار کمی دارد.
از ویژگی های الکترون ها می توان به این اشاره کرد که الکترون ها هم ویژگی های ذره ای و هم موجی را دارند به این معنا که هم می توانند با دیگر ذرات برخورد کنند و هم مانند نور دچار پراش الکترون شوند. (در فیزیک به پخش شدن یا خم شدن موج هنگام مواجه شدن با یک مانع، پراش گفته می شود. ) لازم به توضیح است که مشاهده ویژگی های موجی الکترون بسیار آسان تر از ویژگی های موجی نوترون و پروتون است چرا که جرم الکترون کمتر از پروتون و نوترون بوده و در نتیجه طول موج دوبروی آن (دوگانگی موج و ذره برای ماده) برای انرژی های معمول بالاتر است.
الکترون‌ها در بسیاری از پدیده های فیزیکی مانند الکتریسیته، مغناطیس و رسانش گرما، نقشی اساسی را ایفا می کنند و می توان گفت در بر همکنش های گرانشی، الکترومغناطیسی و هسته ای ضعیف نیز شرکت دارند. الکترون قادر به تولید و ایجاد یک میدان الکتریکی و مغناطیسی در اطراف خود است و در عین حال میدان مغناطیسی خارجی نیز باعث انحراف مسیر حرکت آن می شود. زمانی که یک الکترون در لحظه حرکت شتاب می گیرد، انرژی را به شکل فوتون جذب می کند.
قابل توجه است که در آزمایشگاه با وسایل آزمایشگاهی و استفاده از میدان های الکترومغناطیسی می توان الکترون های تک و پلاسمای الکترون را مشاهده کرد. علاوه بر آن تلسکوپ هایی وجود دارند که با به کار گیری آنها می توان پلاسمای الکترون را در فضا آشکار ساخت.
در مدل استاندارد فیزیک ذرات، الکترون ها متعلق به گروهی از ذرات زیر اتمی به نام لپتون ها هستند که ذرات بنیادی یا اولیه در نظر گرفته می شودند. الکترون‌ها دارای کمترین مقدار جرم در میان لپتون های باردار و یا هر نوع ذره دارای بار الکتریکی هستند و به اولین نسل ذرات بنیادی تعلق دارند. از دیگر نکات قابل توجه می توان به این اشاره کرد که تبادل و یا به اشتراک گذاری الکترون میان دو یا چند اتم، باعث ایجاد پیوندهای شیمیایی می شود.
تاریخچه مطالعات و کشف الکترون
برای نخستین بار در سال 1838 میلادی ریچارد لامینگ، فرضیه ای را برای مفهوم یک مقدار تجزیه ناپذیر بار الکتریکی در ویژگی های شیمیایی اتم ها ارائه کرد. در واقع در این فرضیه آمده است که اتم متشکل از یک هسته مادی بوده که توسط ذرات زیر اتمی با بار الکتریکی واحد در بر گرفته شده است.
در سال 1870 میلادی اولین تیوپ اشعه کاتدی توسط ویلیام کروکز، فیزیکدان و شیمیدان انگلیسی ساخته شد که این مساله باعث ایجاد تئوری وجود ذراتی با بار منفی در اشعه کاتدی شد. آرتور شوستر فیزیکدان انگلیسی به تحقیق و بررسی کشف کروکز پرداخت و تقریبا مطمئن شد که این اشعه باید حاوی بارهایی منفی باشد. در سال 1891 میلادی جرج استونی، فیزیکدان ایرلندی، در ابتدا نام این بار الکتریکی را الکترولیون گذاشت اما پس از ده سال نام آن را تغییر داده و واژه الکترون برای آن انتخاب کرد. او معتقد بود که این بارها به طور دائمی به اتم ها متصل هستند و نمی توان آنها را از اتم جدا کرد.
در نهایت در سال 1896 میلادی تامسون فیزیکدان انگلیسی با همکاری تاونزند و ویلسون دست به آزمایش های بسیاری زدند تا وجود الکترون ها را ثابت کنند.
تامسون و همکارانش روی پرتو کاتدی، آزمایش هایی انجام دادند تا به این نتیجه رسیدند که پرتو فروزان کاتد موج نیست بلکه مانند اتم ها و مولکول ها ذره است. آنها در آزمایش های خود به محاسبه مقدار تقریبی نسبت بار الکترون و جرم نسبی آن پرداختند. لازم به ذکر است که با این حال آنها نتوانستند به طور مستقل مقدار بار و جرم الکترون را محاسبه کنند. تامسون به دلیل همکاری در کشف ارزشمند الکترون و انجام تحقیقاتی در رابطه با آن، موفق به دریافت جایزه نوبل سال 1896 میلادی شد.
در سال 1909 میلادی رابرت میلیکان توانست بار و جرم الکترون را به طور مستقل از یکدیگر محاسبه کند. میلیکان در آزمایشی مشهور به "قطره روغن میلیکان" مقدار دقیق بار الکترون را تعیین کرد و نتایج آن را در سال 1911 میلادی منتشر نمود. او در این آزمایش از یک میدان الکتریکی استفاده کرد تا از سقوط قطره های کوچک روغن بر اثر گرانش جلوگیری کند. در این آزمایش او توانست بار الکتریکی تعداد کمی همچون 1 - 150 یون را با خطای کمتر از 0.3 % اندازه بگیرد.
جرم الکترون
همانطور که می دانیم:
جرم الکترون = 28-10 * 9.09
جرم پروتون = 24-10 * 1.6725
جرم نوترون = 24-10 * 1.67495
بار الکترون - است و پروتون + و نوترون نیز خنثی است.
