Crookesova cijev: elektroni putuju ravno s lijeve strane gdje jekatoda, na desnu stranu gdje jeanoda (žica na dnucijevi desno). Kao dokaz struje elektrona postavljen jeMalteški križ koji baca sjenu na desnu stranu cijevi.
Louis de Broglie je u svojojdoktorskoj disertaciji iz1924. uveo hipotezu o elektronskimvalovima, odnosno pretpostavio da elektronima u pokretu treba pridružiti i valna svojstva. Prije njega, zahvaljujućiEinsteinovom objašnjenjufotoelektričnog učinka iPlanckovom objašnjenjuzračenjaapsolutno crnog tijela, ukazala se nužnost da se zrakama svjetlosti (elektromagnetskom zračenju) pridruže i čestična svojstva. De Broglie je stoga postavio obrnuto pitanje:"Ako svjetlost osim valnih posjeduje i čestična svojstva, treba li česticama tvari, kao što su, primjerice, elektroni, osim čestičnih pridružiti i valna svojstva?"
Ovu njegovu pretpostavku o valnim svojstvima čestica znanstvena je javnost u prvi mah primila s nevjericom, pa čak i podsmijehom.[provjeriti] Međutim, njegovu teoriju su potvrdiliL. Germer iC. J. Davisson1927. godine upokusu kojim je dokazanogib ilidifrakcija elektrona nakristalima. Difrakcijska slika je bila dokaz valne prirode elektrona. Za rad na valnoj mehanici i za otkriće valne prirode elektrona dobio jeNobelovu nagradu za fiziku1929. Jedna od primjena njegovog otkrića jeelektronski mikroskop, koji je imao mnogo većurezoluciju od optičkihmikroskopa jer je valna duljina elektrona mnogo kraća od valne duljine svjetlosti. De Broglieova hipoteza postala je tako jedan od osnovnih postulata nove valne ilikvantne mehanike, ali također uvela u fiziku i problem takozvanogvalno-čestičnog dualizma. Kao primjer ove pojave danas se najčešće navodi pokus ogiba elektrona na dvostrukom prorezu.
Električni naboj ilikoličina elektriciteta (oznakaq iliQ) jefizikalna veličina koja opisuje temeljno svojstvočestica koje uzajamno djeluju električnimsilama. Određuje se kao umnožakelektrične strujeI ivremena njezina protjecanjat:
Postoje dvije vrste električnoga naboja, pozitivni i negativni, koji su po svojim učincima suprotni. Čestice ilifizikalna tijela nabijena istoimenim električnim nabojem međusobno djeluju odbojnomsilom, a čestice ili tijela nabijena raznoimenim električnim nabojem se privlače. Električki nabijene čestice u mirovanju stvarajuelektrična polja, a električki nabijene čestice u gibanju stvaraju električna, elektromagnetska i magnetska polja. Dogovorno je označen kao pozitivan onaj električni naboj što gatrenjem dobijestakleni štap, a kao negativan, električni naboj proizveden trenjem na štapu odsmole.Atomi su električki neutralni i većina tvari naZemlji je električki neutralna.Tvari postaju električki nabijene kad se u njima razdvoje različito nabijene čestice, to jest kad se pojedini elektroni izdvoje iz atoma. Nositelji negativnoga električnoga naboja najčešće su elektroni, a nositelji pozitivnoga naboja najčešće su atomi kojima nedostaje jedan ili više elektrona (ion) odnosno, na subatomskoj razini,protoni.
Prvi je Tales iz Mileta (600 pr. Kr.) pisao dajantar (grč.ἤλεϰτρον,ḗlektron), kada setare, privlači sitne česticetvari, aW. Gilbert otkrio je da i druge tvari, a ne samo jantar, imajuelektrično svojstvo. Pojavu električnoga odbijanja prvi je 1672. opazio Otto von Guericke, a 1663. konstruirao je prvi elektrostatički stroj natrenje. Razliku međuvodičima iizolatorima otkrio je Stephen Gray. Francuski kemičarC. F. C. du Fay utvrdio je 1734. različitost električnog naboja nastalog trljanjemstakla od naboja nastalog trljanjemsmole, a G. Ch. Lichtenberg nazvao je pozitivnim električni naboj nastao trljanjem stakla. Oko 1747. B. Franklin konstatirao je da se pri trenju stvaraju uvijek jednake količine pozitivnog i negativnog električnog naboja. Istraživanjemsila koje djeluju među električnim nabojima bavili su se H. Cavendish i J. Priestley, a zakon o ovisnosti privlačne ili odbojne sile o nabojima i udaljenosti među nabojima, a osnovi pokusa formulirao, Ch. A. de Coulomb, pa se po njemumjerna jedinica električnog naboja naziva kulon (C). Prema Coulombovu zakonu sila F koja djeluje između dvaju točkastih električnih nabojaq1 iq2 razmjerna je produktu obaju naboja, a obrnuto razmjerna kvadratu njihova razmakar:
SilaF jevektor, pa je i jakost električnog poljaE vektorska veličina, a kao smjer električnoga polja uzima se onaj smjer u kojem djeluju sile na pozitivni naboj. Električno polje može se opisati iskalarnim veličinama,potencijalimaV. Električni naboji mogu pod utjecajem električnih sila obavljatimehanički rad, a to znači da u svakoj točki polja električni nabojq ima izvjesnupotencijalnu energiju (električni potencijal) s obzirom na neku referentnu točku u polju kojoj se pripisuje potencijalφ = 0. To je obično vrlo udaljena točka u polju iliZemlja. Sve točke u polju koje imaju isti potencijal leže na ekvipotencijalnim plohama.
Budući da je razlika potencijala među dvjema točkama u elektrostatičkom polju jednaka električnom naponu među tim točkama, to će u elektrostatici, gdje naboji miruju, sve točke nekog vodiča biti na istom električnom potencijalu, jer bi inače zbognapona došlo do gibanja naboja. Iz odnosaUab = Va – Vb proizlazi da se električni potencijal i električni napon mjere istom mjernom jedinicom volt (V), a jakost električnog polja mjeri se u voltima pometru (V/m).
Elektron je prva otkrivenasubatomska čestica. Kako bi objasniliFaradayev zakonelektrolize i atomsku strukturu materije, George Johnstone Stoney iHermann von Helmholtz pretpostavili su (1881.) da seelektricitet pojavljuje samo u višekratnicima osnovnog iznosa. Godine 1891. Johnstone Stoney je predložio nazivelektron za osnovni iznos električnoga naboja. Poslije se taj naziv počeo primjenjivati za čestice ukatodnom zračenju, to jest za čestice atomskog omotača. Katodno zračenje čine snopovi izkatode izbačenih atomskih elektrona ukatodnoj cijevi. Otkrio ga jeJulius Plücker 1858., ali je konačna spoznaja da su to snopovi nabijenih čestica uslijedila tek potkraj 19. stoljeća. Otklanjanje katodnog zračenja u magnetskom polju (William Crookes,Jean Baptiste Perrin) dalo je naznake da ga čine negativno nabijene čestice. Godine 1896.Hendrik Antoon Lorentz je objašnjavao cijepanjespektralnih linija umagnetskom polju (Zeemanov učinak) pretpostavkom o elektronu kao sastavnom dijelu atoma. PokusiJosepha Johna Thomsona pokazali su da je specifični električni naboj (e/m) čestica u katodnom zračenju neovisan o materijalu katode i o načinu na koji su čestice izbačene; i da je masa elektrona oko 1/1840 dio masevodikova atoma. Thomsonovi radovi i zaključak da je elektron sastavna čestica svih atoma smatraju se otkrićem elektrona (1897.). Točan iznoselementarnoga električnog naboja elektrona izmjerio jeRobert Andrews Millikan (1909.).James Clerk Maxwell u svojoj je teorijielektromagnetizma otkrio da jeelektromagnetsko polje tromo. Na osnovi te teorije Lorentz je 1895. elektron zamislio kao kuglicu u kojoj je električni naboj, a okružena je električnim poljem ukupne energijeE. Na osnovi Einsteinove relacijeE = mc², pretpostavivši dakle da je tromost (masa) elektrona posljedicatromosti njegova električnog polja, Lorentz je izračunao (takozvaniklasični) polumjer elektronar = e²/mec² = 2,82 · 10–15 m.Ernest Rutherford je otkrioatomsku jezgru (1911.),Niels Bohr (1913.) je postavljanjemkvantnih uvjeta za gibanje elektrona objasnio stabilnost i jednakost atoma i optičke spektre.
Relativistička kvantna mehanika (Paul Dirac, 1928.) donosi Diracovo otkriće simetrije s obzirom na izmjenu električnoga naboja čestice. Dirac pretpostavlja postojanjepozitrona (pozitivno nabijenog elektrona, to jest antielektrona).Carl David Anderson je otkrio 1932. pozitrone ukozmičkom zračenju. Primjenjujući kvantne zakone na elektromagnetsko polje,Wolfgang Pauli postavio je (1928.)Paulijevo načelo, tvrdnju da se svaki elektron u atomu nalazi u drugome kvantnom stanju. Mjerenje pomaka dvaju stanja u vodiku, takozvanog Lambova pomaka (Willis Eugene Lamb 1947.), i precizno mjerenje magnetskoga momenta elektrona (Polykarp Kusch i Henry Foley 1947.) utvrdili su malo (0,12%) odstupanje od Diracove teorije. Moderna mjerenjamagnetizma elektrona najpreciznija su mjerenja uopće.Nobelova nagrada za fiziku za godinu 1989. dodijeljena jeHansu Georgu Dehmeltu za mjerenje magnetizma elektrona s točnošću od dvanaest znamenki.Kvantna elektrodinamika objasnila je na primjer proizvodnju parova elektron-pozitron s pomoćufotona većeenergije iComptonov učinak.
Poznato je da su najmanje česticematerijemolekule iatomi. Međutim, atom nije nedjeljiv, kako se prije to mislilo, već se sastoji odatomske jezgre oko koje kruže velikimbrzinama još manje čestice koje se zovu elektroni. Atom možemo usporediti saSunčevim sustavom u kojemplaneti kruže okoSunca. Atomi su sastavljeni od atomske jezgre i elektrona koji kruže oko te jezgre, samo se međusobno razlikuju po veličini jezgre i po broju elektrona. Najjednostavniji atom je atomkemijskog elementavodika kod kojeg oko jezgre kruži samo jedan elektron. Najveći je atom koji se nalazi u prirodi atom elementauranija kod kojeg oko jezgre kruže 92 elektrona.
Elektron je najsitnija negativna čestica u atomu, to jest on je negativno električan, dok je atomska jezgra pozitivno električna.
Imatvari kod kojih su elektroni u atomu čvrsto vezani uz atomsku jezgru tako da se ne mogu od nje odijeliti na jednostavan način. Te tvari nisu sposobne za vođenje elektriciteta (električni izolatori).Kovine imaju takav sastav da kod njih nisu svi elektroni vezani uz atomsku jezgru, već ima i slobodnih elektrona koji se lako gibaju između molekula kovine.Električna struja je usmjereno gibanje slobodnih elektrona.
Ako nekofizikalno tijelo ima potpun broj svojih elektrona, kaže se da je to tijelo električni neutralno. Zbog različitih okolnosti atom nekog tijela može izgubiti nešto od svojih slobodnih elektrona, pa će ostatak atoma biti pozitivno električan. U protivnom slučaju, ako atom primi nešto suvišnih elektrona, on će biti negativno električan. Ovakvi, električki nabijeni atomi, bilo pozitivno ili negativno, zovu seioni. Ima, dakle, pozitivnih i negativnih iona. Pozitivni ioni zovu se kationi jer se gibaju prema negativnojelektrodi ili katodi, a negativni ioni zovu se anioni jer se gibaju prema pozitivnoj elektrodi ili anodi.Ionizirani mogu biti ne samo pojedini atomi nego i međusobno povezane grupe od dva ili više atoma. To su složeni ili kompleksni ioni.[5]
Emisija elektrona je oslobađanje elektrona izmetalnih (i nekih drugih)elektroda. Izlazak slobodnih elektrona iz metala sprječava energijska barijera (površinska struktura koja elektronima onemogućava prijelaz bez utroška određene energije). Elektron može izaći iz površine elektrode tek kada njegovaenergija postane veća od izlaznoga rada (energija koju elektron mora utrošiti kako bi izišao iz metala) što se postiže zagrijavanjem, obasjavanjem i drugim.
Fotoelektrična emisija nastaje kadafotoni svjetlosti koja pada na površinu elektrode (fotokatode) predaju svoju energiju elektronima i time omoguće njihov izlazak. Slično djeluju i drugazračenja.
Sekundarna emisija nastaje kada se energija iona, nestabilnih atoma ili ubrzanih elektrona (energije 10 do 20 eV) prenese na elektrone metalnih elektroda, koji nakon ulijetanja tih čestica na elektrodu izlaze u većem broju iz nje.
Emisija električnim poljem nastupa kada na hladnu elektrodu djeluje vanjskoelektrično polje velike jakosti. U tom slučaju elektroni kroz energijsku barijeru prolazetuneliranjem. Oštri bridovi i šiljci pomažu takvu emisiju.
Elektronski uhvat je obratni ili inverzniβ (beta) proces kao dio univerzalnoga slabog međudjelovanja elementarnih čestica, pri kojem atomska jezgra apsorbira elektron iz atomske ljuske (najčešće K-ljuske, pa se govori o K-uhvatu) uz emisijuneutrina:
p + e− → n + νe
Na tom se procesu temelji opažanjesupernove, gdje udarni val emitiranih neutrina raznese zvjezdani plašt. Elektroni mogu biti uhvaćeni i u orbitu atoma, molekule ili iona.[6]
↑ P.J. Mohr, B.N. Taylor, and D.B. Newell: "The 2014 CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants". This database was developed by J. Baker, M. Douma, and S. Kotochigova. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD 20899.
↑elektron.Hrvatska enciklopedija. Leksikografski zavod Miroslav Krleža. 2017.
.png)
