电子的发现

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简介

电子 $\mathrm{([e^{-})]}$ 是原子粒子，就像原子是物质的亚结构一样。这些原子不能被创造或毁灭。在电子 $\mathrm{([e^{-})]}$ 被发现之前，人们认为原子是粒子最小的单位。一些原子基本性质被用于发现电子的实验所揭示。由于电子 $\mathrm{([e^{-})]}$ 是第一个被发现的亚原子粒子，因此它被认为是物理学的一个里程碑。事实证明，它对于描述当今化学和物理学中的化学键是最重要的之一。

汤姆逊阴极射线实验

在 19 世纪 90 年代初，物理学家 J.J. 汤姆逊（J.J.T.）对阴极射线管 (CRT) 进行了研究。这是一种真空密封的玻璃管。在管的一侧的两个电极上施加高电压，导致一束粒子从阴极移动到阳极。

由于粒子束起源于阴极，因此这些管被称为阴极射线管 (CRT)。当光束撞击荧光粉时，会产生火花或发出光。他（汤姆逊）通过在光束周围环绕两个带相反电荷的电极来研究粒子的特性。光束从带负电的电极偏转到带正电的电极。由此，光束是由带负电的粒子组成的。

他还将两个磁体放置在管的两侧，并发现磁场会使光束偏转。他利用这些实验的结果计算了光束粒子的荷质比，这导致了一个实验，该实验揭示了：单个粒子的质量远小于任何已知原子的质量。他使用金属元素作为电极材料进行了更多实验，并观察到阴极射线 (CR) 的特性是相同的，并且与阴极物质无关。

根据这些事实，得出了以下结论 -

• 阴极射线由带负电的成分组成。

• 由于每个粒子的质量是 𝐻 原子的 1/2000，因此它们一定是原子的组成部分。

• 这些亚原子粒子可以在所有元素的原子中检测到。

他的发现最初是有争议的，但科学家们逐渐接受了它们。这些阴极射线 (CR) 粒子后来被称为电子 $\mathrm{(e^{-})}$。

定义电子

电子 $\mathrm{(e^{-})}$ 是一种低质量的带负电的粒子。因此，靠近另一个电子或原子正核很容易使其偏转。它是第一个被发现的基本成分。它们是亚原子粒子，具有 -1 的基本电荷。电子的电荷与质子的电荷相同（但符号相反）。

电子电荷

虽然质子和电子具有相同的电荷量级，但电子的尺寸和质量比质子小得多。电子是带负电的粒子。负电荷的大小为 1.602 ✕10−19 库仑。电子的质量是质子的 1/1837。

电子质量

电子 $\mathrm{(e^{-})}$ 的质量为 9.10938356✕10−31 千克。与质子相比，电子的质量可以忽略不计。

电子的性质

• 电子是带负电的粒子，围绕原子中心由质子和中子组成的原子核运行。

• 与质子和中子不同，电子是原子中唯一不能进一步细分的组成部分。它们用字母 𝑒 或 𝑒− 表示。

• 电子具有不同的能级，可以通过吸收一些能量转移到更高的能级。

• 由于电子的质量可以忽略不计（9.1094✕10−31 kg），因此它们对原子的总质量没有贡献。

• 电子具有 -1 的电荷，这与质子 +1 的电荷相反。由于带负电的电子与带正电的质子之间的吸引力，电子在原子核周围的特定轨道上运行。

电子和化合物

1897 年发现了电子。然而，随着 1911-1919 年发现质子和 1932 年发现中子，电子在意义和重要性方面得到了重新解释。另外两个亚原子粒子的发现建立了完整的原子结构概念。

质子是存在于原子核中的带正电的亚原子粒子。电子的尺寸是质子的 99.86%，并且原子中质子的数量因元素而异。例如，氢 (𝐻) 具有 1 个质子，而氧 (𝑂) 具有 8 个，碳 (𝐶) 具有 6 个。

当卢瑟福发现质子时，他假设了中子的存在，但它们是由查德威克在 1932 年发现的。中子是电中性的亚原子粒子，因此得名。除了氢 (𝐻) 原子之外，元素周期表中的所有其他元素都由中子组成。中子的质量略大于质子的质量。

结论

J.J. 汤姆逊的发现得到了广泛的认可，他的阴极射线粒子被称为电子。他的实验导致了新的原子模型的发展，以便更好地理解原子的结构。一位名叫罗伯特·密立根的美国物理学家确定了电子的电荷。他使用带电的油滴计算了单个电子的电荷。根据他的计算，单个电子具有 1.602 ✕10−19 库仑的电荷。密立根利用 J.J. 汤姆逊的荷质比和单个电子上的电荷计算了电子的质量。电子的质量为 9.1094✕10−31 kg。他因发现基本粒子电子而于 1906 年获得诺贝尔物理学奖。

常见问题

1. J. J. 汤姆逊在发现电子或阴极射线时，他的放电管内部是什么情况？

• 它必须具有非常低的压力，为 0.01 毫米汞柱。

• 它应该配备真空。

• 应在端子上提供非常高的电压。

2. 电场 (E.F.) 对阴极射线有什么影响？

• 由于电场 (E.F.)，阴极射线偏离了其直线路径。

• 由于它们的负电荷，它们被吸引到正电场并被排斥出负电场。

3. 给出两个阴极射线的特性？

• 它们遵循直线并且带负电。

• 它们可以通过物质，并使它们穿过的气体粒子电离

4. X 射线是如何产生的？

当阴极射线束指向硬金属材料（如钨 (𝑊)）时，就会产生 X 射线。

5. 法拉第对静电的研究在发现亚原子粒子方面发挥了什么作用？

早些时候，道尔顿提出了原子理论，该理论指出原子是物质最基本的组成部分，因此是不可分割的，但法拉第在研究静电时发现，由于带电粒子，电流可以通过物质。许多研究甚至表明原子可以分解成更基本的粒子。因此，法拉第对静电的研究为发现亚原子粒子铺平了道路。