إلكترون: الفرق بين النسختين

عدل الوصلات
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
تصفح التاريخ تفاعلياً
[نسخة منشورة][نسخة منشورة]
→ التعديل السابقالتعديل اللاحق ←
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
مرئينص الويكي
سطر 301: سطر 301:
|isbn=0195305736|url=http://books.google.com/?id=SNRdGWCGt1UC&pg=PA205
|isbn=0195305736|url=http://books.google.com/?id=SNRdGWCGt1UC&pg=PA205
}}</ref>.
}}</ref>.

لاحظ الفيزيائي النمساوي [[فولفغانغ باولي]] في سنة 1924 بأنه يمكن تفسير البناء شبيه القشرة للذرة من خلال مجموعة من أربع معاملات متغيرة تحدد كل حالة طاقة الكم، شريطة أن يكون أن لا يزيد في كل حالة عن إلكترون واحد. (ويعرف هذا الحظر المفروض على أكثر من إلكترون أن يشغل نفس حالة كمية الطاقة باسم [[مبدأ استبعاد باولي]]<ref>
{{cite book
|last=Massimi |first=Michela
|year=2005
|title=Pauli's Exclusion Principle, The Origin and Validation of a Scientific Principle
|pages=7–8|url=http://books.google.com/?id=YS91Gsbd13cC&pg=PA7
|publisher=[[Cambridge University Press]]
|isbn=0521839114
}}</ref>.) وقدم الفيزيائيان الهولنديان {{وإو|لغ=en|تر=Samuel Abraham Goudsmit|عر=سامويل ابراهام جودسميث|نص=ابراهام جودسميث}} و{{وإو|لغ=en|تر=George Uhlenbeck|عر=جورج أهلينبك}} الآلية المادية لشرح المعامل الرابع والذي له قيمتين مميزتين، عندما اقترحوا أن بإمكان الإلكترون مع الزخم الزاوي لمداره أن يمتلك قوة زخم زاوي فعلي<ref name="smirnov"/><ref>
{{cite journal
|last=Uhlenbeck |first=G. E.
|last2=Goudsmith |first2=S.
|year=1925
|title=Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons
|journal=[[Die Naturwissenschaften]]
|volume=13 |issue=47
|bibcode=1925NW.....13..953E
}} {{De icon}}</ref>. وعرفت تلك الخاصية [[لف مغزلي (فيزياء)|باللف المغزلي]] وقد شرحت تقسيم سابق كان غامضا عن خطوط الطيف رصدها {{وإو|لغ=en|تر=Spectrometer|عر=مطياف|نص=مرسمة طيف}} عالي الدقة، وعرفت تلك الظاهرة بإسم تقسيم {{وإو|لغ=en|تر=fine structure|عر=هيكل دقيق|نص=هيكلي دقيق}}<ref>
{{cite journal
|last=Pauli |first=Wolfgang
|year=1923
|title=Über die Gesetzmäßigkeiten des anomalen Zeemaneffektes
|journal=[[Zeitschrift für Physik]]
|volume=16 |issue=1 |pages=155–164
|doi=10.1007/BF01327386
|bibcode=1923ZPhy...16..155P
}} {{De icon}}</ref>.


=== ميكانيكا الكم ===
=== ميكانيكا الكم ===

نسخة 00:05، 7 أغسطس 2010

 الكترون
ملف:Schattenkreuzröhre-in use-lateral view-standing cross.jpg
تجربة على انبوب كروكس وهي أول من أظهر طبيعة الجسيم الكترون. ويبدو بالصورة الشكل الجانبي لهدف مصوب باتجاه واجهة الإنبوب وبواسطة حزمة الكترونات.[1]
التكوين جسيم أولي[2]
العائلة فرميون
المجموعة ليبتون
الجيل الأول
التفاعل الجاذبية، الكهرومغناطيسية،
قوى نوويية ضعيفة
جسيم مضاد بوزيترون (وأحيانا يطلق عليه نقيض الكترون)
واضع النظرية ريتشارد لامنج (1838–51),[3]
جونستون ستوني (1874) وآخرون.[4][5]
المكتشف جوزيف تومسون (1897)[6]
الرمز e− وβ−
الكتلة 9.10938215(45)×10−31 كـg[7]

5.4857990943(23)×10−4 u[7]
[1822.88850204(77)]−1 u[معلومة 1]

0.510998910(13) MeV/c2[7]
الشحنة الكهربائية −1 e[معلومة 2]
−1.602176487(40)×10−19 C[7]
العزم المغناطيسي −1.00115965218111 μB[7]
الدوران ½
تعديل مصدري - تعديل  طالع توثيق القالب


(الإلكترون (بالإنجليزية: Electron)‏ أو كُهَيْرَن في الترجمات العربية الحديثة، على وزن فُعَيْلَن من الكهرباء وهو العنبر) هو جسيم دون ذري مكون للذرة ويحمل شحنة كهربائية سالبة. ولم يكن من المعروف بأن لديها مكونات أو جسيمات أصغر، لذا فقد اعتبرت بأنها جسيمات أولية[2]. فالإلكترون لديه كتلة تعادل تقريبا 1836/1 من كتلة البروتون[8]. الزخم الزاوي الحقيقي (وهو اللف المغزلي) للإلكترون هو قيمة نصف عدد صحيح من وحدة ħ، مما يعني بأنه فرميون. ويسمى الجسيم المضاد للإلكترون بالبوزيترون، وهو مطابق للإلكترون عدا أنه معاكس له بالشحنة الكهربائية والشحنات الأخرى. عند اصطدام الإلكترون بالبوزترون فإنهما إما يبعثرون بعضهم البعض أو أن يفنون، مما ينتج عن ذلك زوج أو أكثر من فوتونات أشعة جاما. تنتمي الإلكترونات إلى الجيل الأول لأسرة جسيمات ليبتون[9]، وتسهم في القوى الأساسية وهي الجاذبية والكهرومغناطيسية وقوى نوويية ضعيفة[10]. كما هو في المادة فإن الإلكترون لديه خصائص ازدواجية موجة-جسيم في ميكانيكا الكم، لذا فبإمكانه الإصطدام مع الجسيمات الأخرى فينحرف مثل الضوء. لكن وبسبب صغر كتلة الإلكترون فإن تلك الإزدواجية تتجلى بشكل أفضل في التجارب المخبرية. وبما أنها تندرج تحت عائلة الفرميون، وبحسب مبدأ استبعاد باولي فلا يمكن لإلكترونين أن يأخذا نفس حالة الكم[9].


تم وضع نظرية مفهوم مقدار الشحنة الإلكترونية غير القابلة للتجزئة لشرح الخصائص الكيميائية للذرات، فكانت بدايتها سنة 1838 مع عالم الطبيعة البريطاني ريتشارد لامنج[4]؛ ثم قدم الفيزيائي الإيرلندي جورج ستوني إسم الكترون وذلك سنة 1894. في سنة 1897 عرّف البريطاني جوزيف طومسون وفريقه الفيزيائيين الإلكترون بأنه جسيم[6][11].

العديد من الظواهر الفيزيائية، مثل الكهرباء والمغناطيسية والتوصيل الحراري فإن الإلكترونات لها دورا أساسيا في ذلك. فالإلكترون في حركته بالنسبة للمراقب يولد المجال المغناطيسي، وكذلك فإن المجالات المغناطيسية الخارجية تجعلها تنحرف. فعندما يتحرك الإلكترون فإنه يمتص أو ينتج طاقة على شكل فوتونات. تحيط الإلكترونات بالنواة المتكونة من بروتونات ونيوترونات، فيكونون جميعا الذرة، وإن كان الإلكترون يسهم في أقل من 0.06% من الكتلة الكلية للذرة. يسبب جاذبية قوة كولومب بين الإلكترون والبروتون بأن يجعل الإلكترونات مرتبطة بالذرات. فالتبادل أو تقاسم الإلكترونات في مابين الذرات هو السبب الرئيسي للروابط الكيميائية[12].

فحسب النظريات فإن معظم إلكترونات قد تكونت في لحظة الإنفجار العظيم، ولكن يمكن أيضا انتاجها خلال البلى بيتائي للنظائر المشعة والإصطدامات عالية الطاقة، وفي لحظة دخول الأشعة الكونية للغلاف الجوي. وخلال إفناءه مع البوزترون فقد يتعرض الإلكترون للدمار، وقد يتعرض للإمتصاص خلال تفاعلات الإنصهار النجمية. ويمكن لأدوات المختبرات احتواء ومراقبة الإلكترونات الفردية وكذلك في بلازما الإلكترونات، حيث كرس لها المقراب للكشف عن بلازما الإلكترونات في الفضاء الخارجي. وتوجد العديد من تطبيقات الإلكترون كما هو في اللحام وأنبوب الأشعة المهبطية ومعجلات الجسيمات ومجهر إلكتروني وعلاج إشعاعي وليزر الكتروني [الإنجليزية]

أصل الكلمة

تم استحداث كلمة " Electron " الكترون في عام 1894 م وتم اشتقاقها من المصطلح (" Electric " كهربي) والذي كان يمكن الحصول على شحنة إلكتروستاتيكية منه عند مسحه بقطعة قماش. ويرجع المقطع الأخير "on" إلى أنه يتشارك في معظم الجسيمات تحت الذرية التي استخدمت في كلمة Ion. (الإلكترون أو كُهَيْرَن في الترجمات العربية الحديثة، على وزن فُعَيْلَن من الكهرباء وهو العنبر) ((في اللغة العربية لا يوجد ترابط بين التراجم بين كُهَيْرَن و(أيون أو حسب الترجمة شاردة!) هنا العجب في اللغة الإنجليزية في ترابط معانيها العلمية وسهولة الفهم من إشتقاقها كُهَيْرَن ترجمة مؤقته من كلمة "Electron" إلى أن تتم الترجمة الحقيقية لهذه الكلمة المركبة من إشتقاق.

التاريخ

طالع أيضًا: تاريخ نظرية الكهرومغناطيسية

لاحظ الإغريق القدماء بأن الكهرمان يجذب الأشياء البسيطة في حالة فركه بالفرو؛ فإن استثنينا البرق، فإن تلك الظاهرة تعد من أقدم تجارب البشرية مع الكهرباء على مر التاريخ[13].

أشار الفيزيائي الإنجليزي وليام جيلبرت في مقال له إسمه دي ماجنتا De Magnete سنة 1600 إلى مصطلح جديد أصاغه من اللغة اللاتينية الجديدة وأسماه إلكتريكوس electricus للإشارة إلى خاصية جذب الأشياء الصغيرة بعد فركها[14]. فتلك الكلمة مأخوذة من الكلمة الإغريقية ήλεκτρον ‏(ēlektron) للإشارة إلى الكهرمان.

في سنة 1737 اكتشف العالمين شارل دو فاي وهوكسبي كلا على حدة وجود نمطين من الشحنات الكهربائية السكونية؛ إحداهما ينتج من الإحتكاك مع الزجاج، والآخر من الإحتكاك مع الراتنج. ومن هذه استنتج دوفاي نظريته بأن الكهرباء تحتوي على سائلين كهربائيين، وأسماهما بالزجاجي والراتنجي، ولاحظ الفرق بين الموصلات والمواد العازلة، ويمكن فصلهما عن طريق الاحتكاك مما يسبب بتحييد بعضها البعض عند اتحادهما[15]. بعد ذلك بحوالي عقد من الزمان اقترح بنجامين فرانكلين بأن الكهرباء هي ليست من عدة أنواع من السوائل الكهربائية، ولكنه نفس السائل الكهربائي ولكن تحت ضغوط مختلفة. وقدم لهم الشحنة الحديثة بتسمية إيجابي وسلبي على التوالي[16][17].

بين سنتي 1838 و 1851 طور عالم الطبيعيات البريطاني ريتشارد لامنج فكرة أن الذرة تتكون من نواة مادة محاطة بجزيئات دون ذرية والتي تكوّن وحدة الشحنات الكهربائية[3]. وبداية من سنة 1846 أعطى الفيزيائي الألماني فيبر نظريته القائلة بأن الكهرباء تتألف من سائلين ذو شحنتين موجبة وسالبة، وتفاعلهما يحكمه قانون التربيع العكسي. في سنة 1874 اقترح الفيزيائي الإيرلندي جورج ستوني بعد دراسة هذه ظاهرة التحليل الكهربائي بأن هناك "كمية محددة واحدة من الكهرباء" ، وهي شحنة من أيون أحادي التكافؤ. وكان قادرا على تقييم قيمة هذه الشحنة الأولية e عن طريق قوانين فرداي للتحليل الكهربائي[18]. واعتقد ستوني بأن تلك الشحنات مرتبطة بصورة دائمة بالذرات ولا يمكن إزالتها. في سنة 1881 جادل الفيزيائي الألماني هلمهولتز أن كلا من الشحنة الموجبة والسالبة منقسمتين إلى جزئين أوليين، كل منها "يتصرف كذرات كهربائية"[4]. ثم أنشأ ستوني مصطلح الكترون لوصف تلك الشحنات الأولية وكان ذلك سنة 1894، وقد قال فيها: "تم تقدير الكمية الفعلية لتلك الوحدة الأساسية الأكثر أهمية في الكهرباء، وقد غامرت عندما أشرت إلى إسم الكترون"[19]. وكلمة الكترون (بالإنجليزية: electron)‏ هي مركبة مستنبطة من كلمة الكتريك electric ولاحقتها ون -on، والتي استخدمت بعد ذلك للإشارة إلى الجسيمات دون الذرية مثل البروتون والنيوترون[20][21].

الإكتشاف

انبوب مستدير من الزجاج المفرغ به شعاع دائري متوهج بالداخل
انعكاس شعاع من الإلكترونات على شكل دائرة بواسطة المجال المغناطيسي[22]

قام الفيزيائي الألماني يوهان ويلهلم هيتورف [الإنجليزية] بدراسة التوصيل الكهربائي على الغازات المتخلخلة. فاكتشف سنة 1869 وهج منبعث من مهبط يزداد بالحجم عند تقليل ضغط الغاز. وفي سنة 1876 أظهر الفيزيائي الألماني يوجين غولدشتاين أن أشعة هذا الوهج له ظل، فأطلق عليه إسم لهم أشعة الكاثود[23]. وفي السبعينات من نفس القرن طور الكيميائي والفيزيائي الإنجليزي السير وليام كروكس أول أنبوب أشعة الكاثود مفرغة بالداخل[24]. ثم أظهر بعد ذلك بأن أشعة التلألؤ التي تظهر داخل أنبوب تحمل طاقة وتنتقل من القطب السالب إلى القطب الموجب. بالإضافة إلى أنه كان قادرا على تحريك الأشعة عند تطبيق مجال مغناطيسي عليها، مما يدل على أن الشعاع تصرف كما لو كان سالب الشحنة[25][26]. فاقترح سنة 1879 أنه بالإمكان تفسير تلك الخصائص من خلال مااسماه مادة مشعة. وألمح إلى أن قد تكون هذه الحالة الرابعة للمادة التي تتكون من جزيئات سالبة الشحنة تنطلق بسرعة عالية من الكاثود[27].

وسع الفيزيائي البريطاني -ألماني المولد- آرثر شوستر من تجارب كروكس وذلك بوضع صفيحة معدنية متوازية مع أشعة الكاثود وطبق الكمون الكهربائي بين الصفيحتين. فصرف المجال تلك الأشعة باتجاه الصفيحة موجبة الشحنة، مما أعطى أدلة جديدة على أن تلك الأشعة تحمل شحنة سالبة. وتمكن شوستر في سنة 1890 من تقدير نسبة الشحنة للكتلة لمكونات الأشعة عن طريق قياس مقدار انحراف عن المستوى المحدد للتيار. لكن أنتاج تلك القيمة التي كانت أكثر من ألف مرة من المتوقع، هو إعطاء بعض المصداقية لتلك الحسابات في ذاك الوقت[25][28].

في عام 1896 أجرى الفيزيائي البريطاني جوزيف طومسون مع مساعديه تاونسند وويلسون[6] تجارب أشارت إلى أن أشعاعات الكاثود هي جسيمات فريدة من نوعها بدلا من أن تكون موجات أو ذرات أو حتى جزيئات كما كان الإعتقاد سابقا[29]. وقد أعطى طومسون قيمة جيدة لكل من الشحنة e والكتلة m، موجدا جسيمات لأشعة الكاثود واسماها "الكريات" (بالإنجليزية: corpuscles)‏، ولها كتلة قد تكون واحد من الألف من كتلة أقل الأيونات المعروفة: الهيدروجين[29][11]. وأظهر أن نسبة الشحنة للكتلة e/m مستقلة عن مادة الكاثود. وأظهر أيضا أن انتاج جسيمات سالبة الشحنة من مواد مشعة بواسطة التسخين ومن مواد مضيئة هو شيء كوني[29][30]. وقد أعاد الفيزيائي الأيرلندي جورج فيتزجيرالد الإقتراح بتسمية تلك الجسيمات بإسم إلكترون، وقد لقي هذا الإسم قبولا علميا دوليا منذ ذلك الوقت [25].

اكتشف الفيزيائي الفرنسي هنري بيكريل أثناء دراسة الومضان الطبيعي للمعادن سنة 1896 أنها تصدر إشعاع دون التعرض لمصدر طاقة خارجي. فأصبحت تلك المواد المشعة موضع اهتمام كبير للعلماء خصوصا الفيزيائي النيوزلندي إرنست رذرفورد الذي اكتشف أنها تصدر جسيمات. وأطلق عليها جسيمات ألفا وبيتا على أساس قدرتها على اختراق المادة[31]. وفي سنة 1900 أظهر بيكريل أن بإمكان أشعة بيتا المنبعثة من الراديوم أن تنحرف في وجود مجال كهربائي وأن نسبة الكتلة للشحنة هي نفسها كما في أشعة الكاثود[32]. فعززت هذا الدليل الرأي القائل بأن الالكترونات توجد كعناصر في الذرات[33][34].

قام الفيزيائي الأمريكي روبرت ميليكان بعناية ودقة أكثر في قياس شحنة الإلكترون في تجربة قطرة الزيت سنة 1909 ثم نشر النتائج سنة 1911. واستخدمت تلك التجربة المجال الكهربائي لمنع قطرات الزيت المشحونة من السقوط بسبب الجاذبية. وامكن لهذا الجهاز قياس الشحنة الكهربائية حتى 1-150 أيون مع هامش خطأ اقل من 0.3٪. وقد أجرى فريق طومسون تجارب مماثلة قبل ذلك[29]، باستخدام سحب من قطرات الماء المشحونة انتجها التحليل الكهربائي[6]. وقد حصل ابرام عيوفي [الإنجليزية] بشكل منفصل على نفس نتائج ميليكان وذلك باستخدام جسيمات مجهرية من المعادن، وكان ذلك سنة 1911 ولكن نشر النتائج سنة 1913[35]. مع ذلك فإن قطرات الزيت أكثر ثباتا من قطرات الماء بسبب ضعف معدل التبخير لديه، وبالتالي فالتجارب الدقيقة بدأت أكثر ملاءمة خلال فترات زمنية أطول[36].

وجد عند بداية القرن العشرين وفي ظروف معينة جسيمات مشحونة سريعة الحركة تسبب بتكثيف بخار ماء مفرط بالتشبع خلال مساره. ففي سنة 1911 استخدم تشارلز ويلسون هذا المبدأ لإستنباط غرفة الغيوم مما يسمح بتصوير مسارات الجسيمات المشحونة مثل الإلكترونات سريعة الحركة[37].

النظرية الذرية

ثلاث دوائر متحدة المركز حول نواة حيث الإلكترون ينتقل من الدائرة الثانية إلى الأولى ويصدر فوتونا
نموذج بور للذرة والتي يبين حالات من الكترون ذات طاقة كم محددة بالرقم n. فعندما ينتقل الإلكترون إلى مدار أدنى فإنه ينبعث منه طاقة فوتون تساوي الفرق بين طاقة المدارين.

شكلت التجارب التي قام بها كلا من أرنست رذرفورد وهنري موزلي وجيمس فرانك وغوستاف هرتس بداية من سنة 1914 الصورة في تكوين الذرة كنواة كثيفة ذات شحنة موجبة تحيط بها إلكترونات أقل كتلة[38]. ثم أتى الفيزيائي الدانماركي نيلز بور فافترض في سنة 1913 بأن الالكترونات تكمن في حالات طاقة كمية، ويحدد العزم الزاوي لمدار الإلكترون حول النواة تلك الطاقة. وبإمكان تلك الإلكترونات التنقل بين تلك الحالات أو المدارات عن طريق اطلاق أو امتصاص فوتونات ذات ترددات محددة. ومن خلال تلك المدارات محددة الكم أوضح نيبور بدقة خطوط الطيف لذرة الهيدروجين[39].ومع ذلك فنموذج بور لم يتمكن من تفسير الفروق في الكثافة النسبية لخطوط الطيف، وكذلك أطياف العناصر الأثقل من الهيدروجين، فهي بالكاد اقتصرت على تفسير ذرة الهيدروجين[38].

وقد شرح جيلبرت نيوتن لويس الروابط الكيميائية بين الذرات وذلك في سنة 1916 عندما اقترح بأن مساهمة زوج أو أكثر من الإلكترونات بين الذرات للمحافظة على الرابطة التساهمية في مابين تلك الذرات، مما ينتج عنه تجاذب جانبي يعمل على تماسك الجزيء الناتج[40]. وبعدها أي في سنة 1923 أعطى كلا من والتر هيتلر وفريتز لندن شرحا وافيا حول تشكيل زوج الإلكترون مع الروابط الكيميائية في مجال ميكانيكا الكم[41]. وفي سنة 1919 فصّل الكيميائي الأمريكي إرفينغ لانغموير نموذج لويس للذرة مشيرا بأن جميع الإلكترونات موزعة على التوالي مكونة قشرة كروية متحدة المركز وذات سماكة متساوية[42]. وتنقسم تلك القشور بدورها إلى عدة خلايا، وكل خلية تحتوي على زوج من الإلكترونات. وعلى نحو ما فإن لنموذج لانغموير القدرة على شرح الخصائص الكيميائية لجميع العناصر في الجدول الدوري[41]، التي كانت معروفة بتكرار نفسها وفقا للقانون الدوري[43].

لاحظ الفيزيائي النمساوي فولفغانغ باولي في سنة 1924 بأنه يمكن تفسير البناء شبيه القشرة للذرة من خلال مجموعة من أربع معاملات متغيرة تحدد كل حالة طاقة الكم، شريطة أن يكون أن لا يزيد في كل حالة عن إلكترون واحد. (ويعرف هذا الحظر المفروض على أكثر من إلكترون أن يشغل نفس حالة كمية الطاقة باسم مبدأ استبعاد باولي[44].) وقدم الفيزيائيان الهولنديان ابراهام جودسميث [الإنجليزية] وجورج أهلينبك [الإنجليزية] الآلية المادية لشرح المعامل الرابع والذي له قيمتين مميزتين، عندما اقترحوا أن بإمكان الإلكترون مع الزخم الزاوي لمداره أن يمتلك قوة زخم زاوي فعلي[38][45]. وعرفت تلك الخاصية باللف المغزلي وقد شرحت تقسيم سابق كان غامضا عن خطوط الطيف رصدها مرسمة طيف عالي الدقة، وعرفت تلك الظاهرة بإسم تقسيم هيكلي دقيق[46].

ميكانيكا الكم

في عام 1924 كتب الفيزيائي الفرنسي لويس دي بروي رسالة دكتوارته بعنوان "بحث حول نظرية الكم" (Recherches sur la théorie des quanta)، وافترض فيها أن كل الموادّ تمتلك "موجة دي بروي" مشابهة للضوء.[47] حيث أنه وتحت ظروف مناسبة ستُظهر الإلكترونات والمواد الأخرى خصائص كل من الجسيمات والضوء. ويُستدل على الخصائص الجسيميّة لجسيم ما عندما يُظهر أنه يملك موقعًا متمركزاً في المكان يعتمد على انحناء مساره أثناء حركته.[48] أما الطبيعة الشبه الموجية للجسيم فيُمكن أن تلاحظ عندما - على سبيل المثال - يمر شعاع من الضوء عبر شقوق متوازية ويخلق نمطاً متداخلاً من الأشعة. في عام 1927 بُرهن على تأثير التداخل بتجرتين مختلفتين استعين فيهما بشعاع من الإلكترونات، الأولى قام بها الفيزيائي الإنكليزي جورج باغت طومسون باستخدام رقاقة حديديّة نحيلة مع الشعاع، والثانية قام بها الفيزيائيّان الأمريكيّان كلنتون دافيوسين ولستر جيرمر باستخدام بلّورة من النيكل معه.[49]

نظرة عملية على الإلكترون

تصنيف الإلكترونات

الإلكترون عبارة عن أحد الجسيمات تحت النووية، ويطلق عليه أيضا اسم ليبتون والذي يعتبر جسيما أساسيا (أي لا يمكن تكسيره للحصول على جسيمات أصغر).

وكلمة جسيم قد تكون محيرة عند استخدامها لدرجة ما، نظرا لأن ميكانيكا الكم أظهرت أن الإلكترون يسلك أيضا سلوك الموجات، أي أن له طبيعة مزدوجة، مثل ما يحدث في تجربة الانشقاق المزدوج أو بمعنى آخر يعتبر الإلكترون جسيم ذو طبيعة موجية.

خواص وسلوك الإلكترون

ترجع كلمة إلكترون غالبا إلى نيجاترون مشحون بشحنة كهربية سالبة مقدارها −1.6 × 10−19C وكتلة 9.11 × 10−31 كجم (0.511 MeV) والذي يساوي تقريبا 1836 من كتلة البروتون. ويتم التعبير عن ذلك بالرمز -e. وقد قام كارل دي أندرسون باستخدام نفس الكلمة كتعبير عن نيجاترون وبوزيترون, والبوزيترون له نفس الكتلة ونفس الشحنة ولكن بقيمة موجبة.

وتعتبر حركة الإلكترون حول النواة من الموضوعات التي لا يزال فيها جدال حاد. فلا يمكن اعتبار حركة الإلكترون كأي نوع من الحركات في علم الفيزياء نظرا لأن هذه الحركة ليست دائما موجودة, كما لو أن الإلكترون يختفي في بعض الأوقات أثناء دورانه حول النواة. وفي الوقت الحالي لا يمكن التنبؤ بمكان وسرعة الإلكترون في نفس الوقت. وقد تم عرض هذا الفرض عن طريق مبدأ اللايقين هايزنبرج والذي يتم تطبيقه على الجسيمات التي لها طبيعة تماثل طبيعة الإلكترون, كما يمكن التعبير بصورة أخرى عن ذلك, كلما زادت دقة معرفة مكان الإلكترون كلما قلت دقة معرفة سرعته والعكس صحيح.

الإلكترون له دوران (مغزلي) يساوى 1 / 2, والذي يثبت أنه فيرميون, أي أنه جسيم يتبع إحصائيات فيرمى ديراك.

وبينما توجد معظم الإلكترونات في الذرة, فإنه قد توجد بعض الإلكترونات التي تتحرك بمفردها في المادة, أو في شكل شعاع إلكتروني في الفراغ. فتتحرك الإلكترونات في الموصلات الفائقة على هيئة "أزواج كوبر" والتي تتزاوج أثناء حركتها بقرب حواف المادة عن طريق شبكة اهتزازية فيما يعرف بالفونون.

عندما تتحرك الإلكترونات, بعيدا عن النواة, في شكل شبكي فهذا يعرف بالكهرباء أو التيار الكهربائي.

على أن الكهرباء الساكنة, لا تعتبر سريانا للإلكترونات. ولكنها ترجع لأي جسم به عدد أقل أو أكبر من عدد الإلكترونات اللازم لعمل اتزان للشحنة الموجبة الموجودة في النواة. وعندما تكون الإلكترونات أكثر يكون الجسم سالب الشحنة, بينما يكون موجب الشحنة في حالة أن الإلكترونات أقل. ويكون الجسم متعادل الشحنة حينما يكون عدد الإلكترونات مساو لعدد البرتونات.

يمكن للإلكترون والبوزيترون أن يقضيا على بعضهما البعض لتكوين فوتون. وبالعكس فإن الفوتون الذي له طاقة عالية يمكن أن يتحول إلى إلكترون وبوزيترون بعملية يطلق عليها الإنتاج الزوجي.

الإلكترون جسيم أولي أي أنه لا يوجد له تركيب تفصيلي (لم تجد أي من التجارب العلمية حتى الآن أي تركيب تفصيلي له). وعلى هذا فإنه يوصف على أنه شبيه بالنقطة أي لا يوجد له حيز مكاني. وعند النظر بقرب أكثر للإلكترون فيمكن ملاحظة أن خواصه (الشحنة والكتلة) تتغير. وهذا يحدث بصفة عامة لكل الجسيمات الأولية عند اقترابها من بعضها البعض في الفراغ, وعلى هذا فإن الخواص التي نشاهدها من بعيد تكون محصلة التأثيرات الحادثة في الفراغ.

يوجد ثابت فيزيائي يسمى نصف قطر الإلكترون التقليدي وقيمته 2.8179 × 10−15 م وقد تم الاستدلال على هذه القيمة من شحنة الإلكترون وهذا تم عن طريق النظرية التقليدية للديناميكا الحرارية وبدون وجود نظريات ميكانيكا الكم (أي أنه تصور قديم ولكنه مع ذلك لايزال يصلح للاستخدام في الحسابات).

تقترب سرعة الإلكترون في الفراغ من سرعة الضوء في الفراغ ولكن لا تصل إليها. وهذا راجع إلىالنرية النسبية الخاصة. وتأثير النسبية الخاصة مبني على كمية تعرف بجاما أو عامل لورينتز. وتكوّن جاما علاقة بين سرعة الجسيم v وسرعة الضوء c وهي كالتالي:

الإلكترون في النظريات

في ميكانيكا الكم, تم وصف الإلكترون بواسطة معادلة ديراك. في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات فإن الإلكترون يكون ما يشبه المعطف مع (SU(2 مع نيوترينو الإلكترون حيث أنهما يتفاعلان خلال تفاعل الضعف. وللإلكترون شريكان أخران بنفس الشحنة ولكن بكتل مختلفة أثقل منه نحو 200 مرة: ميوميزون وتاو ميزون.

معاكس أو نقيض المادة ونقيض الإلكترون يسمى بوزيترون. والبوزيترون له نفس كمية الشحنة الموجودة في الإلكترون ولكن شحنته موجبة. وله نفس كتلة ألإلكترون ونفس كم دورانه المغزلي. وعندما يتقابل إلكترون وبوزيترون فإنهما يفنيا بعضهما البعض، ويتحولان إلى 2 فوتون من أشعة جاما, وكل شعاع منهما له طاقة تقدر ب 0.511 MeV أو 511 keV. راجع إبادة إلكترون - بوزيترون.

ويعتبر الإلكترون أيضا عنصرا أساسيا في الإلكترومغناطيسية, ونظرية الإلكترومغناطيسية تصف بكل دقة حركة الإلكترونات في أنظمة المجهر الإلكتروني مجهر إلكتروني.

مصادر

  1. ^ The fractional version’s denominator is the inverse of the decimal value (along with its relative standard uncertainty of 4.2×10−10).
  2. ^ شحنة الإلكترون هي شحنة أولية سالبة، بينما عند البروتون فالشحنة هي موجبة.

قالب:وصلة مقالة مختارة

  1. ^ Dahl، Per F. (1997). Flash of the Cathode Rays: A History of J J Thomson's Electron. CRC Press. ص. 72. ISBN:0750304537.
  2. ^ أ ب اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح <ref> والإغلاق </ref> للمرجع prl50
  3. ^ أ ب Farrar، Wilfred V. (1969). "Richard Laming and the Coal-Gas Industry, with His Views on the Structure of Matter". Annals of Science. ج. 25: 243–254. DOI:10.1080/00033796900200141.
  4. ^ أ ب ت Arabatzis، Theodore (2006). Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities. University of Chicago Press. ص. 70–74. ISBN:0226024210.
  5. ^ اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح <ref> والإغلاق </ref> للمرجع buchwald1
  6. ^ أ ب ت ث Dahl (1997:122–185).
  7. ^ أ ب ت ث ج اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح <ref> والإغلاق </ref> للمرجع CODATA
  8. ^ اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح <ref> والإغلاق </ref> للمرجع nist_codata_mu
  9. ^ أ ب اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح <ref> والإغلاق </ref> للمرجع curtis74
  10. ^ Anastopoulos، Charis (2008). Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics. Princeton University Press. ص. 236–237. ISBN:0691135126.
  11. ^ أ ب Wilson، Robert (1997). Astronomy Through the Ages: The Story of the Human Attempt to Understand the Universe. CRC Press. ص. 138. ISBN:0748407480.
  12. ^ اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح <ref> والإغلاق </ref> للمرجع Pauling
  13. ^ Shipley، Joseph T. (1945). Dictionary of Word Origins. The Philosophical Library. ص. 133.
  14. ^ Baigrie، Brian (2006). Electricity and Magnetism: A Historical Perspective. Greenwood Press. ص. 7–8. ISBN:0-3133-3358-0.
  15. ^ Keithley, Joseph F. (1999). The Story of Electrical and Magnetic Measurements: From 500 B.C. to the 1940s. Wiley. ISBN:0-780-31193-0.
  16. ^ Benjamin Franklin (1706–1790). Science World, from Eric Weisstein's World of Scientific Biography.
  17. ^ The Encyclopedia Americana; a library of universal knowledge. (1918). New York: Encyclopedia Americana Corp.
  18. ^ Barrow، John D. (1983). "Natural Units Before Planck". Royal Astronomical Society Quarterly Journal. ج. 24: 24–26. Bibcode:1983QJRAS..24...24B.
  19. ^ Stoney، George Johnstone (1894). "Of the "Electron," or Atom of Electricity". Philosophical Magazine. ج. 38 ع. 5: 418–420.
  20. ^ Soukhanov, Anne H. ed. (1986). Word Mysteries & Histories. Houghton Mifflin Company. ص. 73. ISBN:0-395-40265-4. {{استشهاد بكتاب}}: |author= باسم عام (مساعدة)
  21. ^ Guralnik, David B. ed. (1970). Webster's New World Dictionary. Prentice-Hall. ص. 450. {{استشهاد بكتاب}}: |author= باسم عام (مساعدة)
  22. ^ Born, Max; Blin-Stoyle, Roger John; Radcliffe, J. M. (1989). Atomic Physics. Courier Dover. ص. 26. ISBN:0486659844.{{استشهاد بكتاب}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
  23. ^ Dahl (1997:55–58).
  24. ^ DeKosky، Robert (1983). "William Crookes and the quest for absolute vacuum in the 1870s". Annals of Science. ج. 40 ع. 1: 1–18. DOI:10.1080/00033798300200101.
  25. ^ أ ب ت Leicester، Henry M. (1971). The Historical Background of Chemistry. Courier Dover Publications. ص. 221–222. ISBN:0486610535.
  26. ^ Dahl (1997:64–78).
  27. ^ Zeeman, Pieter (1907). "Sir William Crookes, F.R.S." Nature. ج. 77 ع. 1984: 1–3. DOI:10.1038/077001a0.
  28. ^ Dahl (1997:99).
  29. ^ أ ب ت ث اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح <ref> والإغلاق </ref> للمرجع thomson
  30. ^ Thomson، J. J. (1906). "Nobel Lecture: Carriers of Negative Electricity" (PDF). The Nobel Foundation. اطلع عليه بتاريخ 2008-08-25.
  31. ^ Trenn، Thaddeus J. (1976). "Rutherford on the Alpha-Beta-Gamma Classification of Radioactive Rays". Isis. ج. 67 ع. 1: 61–75. DOI:10.1086/351545. جايستور 231134.
  32. ^ Becquerel، Henri (1900). "Déviation du Rayonnement du Radium dans un Champ Électrique". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences. ج. 130: 809–815. (بالفرنسية)
  33. ^ Buchwald and Warwick (2001:90–91).
  34. ^ Myers، William G. (1976). "Becquerel's Discovery of Radioactivity in 1896". Journal of Nuclear Medicine. ج. 17 ع. 7: 579–582. PMID:775027.
  35. ^ Kikoin، Isaak K.؛ Sominskiĭ، Isaak S. (1961). "Abram Fedorovich Ioffe (on his eightieth birthday)". Soviet Physics Uspekhi. ج. 3: 798–809. DOI:10.1070/PU1961v003n05ABEH005812. Original publication in Russian: Кикоин، И.К.؛ Соминский، М.С. (1960). "Академик А.Ф. Иоффе" (PDF). Успехи Физических Наук. ج. 72 ع. 10: 303–321.
  36. ^ Millikan، Robert A. (1911). "The Isolation of an Ion, a Precision Measurement of its Charge, and the Correction of Stokes' Law". Physical Review. ج. 32 ع. 2: 349–397. DOI:10.1103/PhysRevSeriesI.32.349.
  37. ^ Das Gupta، N. N.؛ Ghosh، Sanjay K. (1999). "A Report on the Wilson Cloud Chamber and Its Applications in Physics". Reviews of Modern Physics. ج. 18: 225–290. DOI:10.1103/RevModPhys.18.225.
  38. ^ أ ب ت Smirnov، Boris M. (2003). Physics of Atoms and Ions. Springer. ص. 14–21. ISBN:038795550X.
  39. ^ Bohr، Niels (1922). "Nobel Lecture: The Structure of the Atom" (PDF). The Nobel Foundation. اطلع عليه بتاريخ 2008-12-03.
  40. ^ Lewis، Gilbert N. (1916). "The Atom and the Molecule". Journal of the American Chemical Society. ج. 38 ع. 4: 762–786. DOI:10.1021/ja02261a002.
  41. ^ أ ب Arabatzis، Theodore؛ Gavroglu، Kostas (1997). "The chemists' electron". European Journal of Physics. ج. 18: 150–163. DOI:10.1088/0143-0807/18/3/005.
  42. ^ Langmuir، Irving (1919). "The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules". Journal of the American Chemical Society. ج. 41 ع. 6: 868–934. DOI:10.1021/ja02227a002.
  43. ^ Scerri، Eric R. (2007). The Periodic Table. Oxford University Press. ص. 205–226. ISBN:0195305736.
  44. ^ Massimi، Michela (2005). Pauli's Exclusion Principle, The Origin and Validation of a Scientific Principle. Cambridge University Press. ص. 7–8. ISBN:0521839114.
  45. ^ Uhlenbeck، G. E.؛ Goudsmith، S. (1925). "Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons". Die Naturwissenschaften. ج. 13 ع. 47. Bibcode:1925NW.....13..953E. (بالألمانية)
  46. ^ Pauli، Wolfgang (1923). "Über die Gesetzmäßigkeiten des anomalen Zeemaneffektes". Zeitschrift für Physik. ج. 16 ع. 1: 155–164. Bibcode:1923ZPhy...16..155P. DOI:10.1007/BF01327386. (بالألمانية)
  47. ^ de Broglie، Louis (1929). "Nobel Lecture: The Wave Nature of the Electron" (PDF). The Nobel Foundation. اطلع عليه بتاريخ 2008-08-30.
  48. ^ Falkenburg، Brigitte (2007). Particle Metaphysics: A Critical Account of Subatomic Reality. Springer. ص. 85. ISBN:3540337318.
  49. ^ Davisson، Clinton (1937). "Nobel Lecture: The Discovery of Electron Waves" (PDF). The Nobel Foundation. اطلع عليه بتاريخ 2008-08-30.
مجلوبة من «https://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=إلكترون&oldid=5590506»