Электрон

Материал из Большой Форум
Перейти к: навигация, поиск
На видео 2:10 обстреливают две щели электронами, и электрон, как волна, проходит через обе щели одновременно и интерферирует сам с собой!
Арнольд Зоммерфельд первым расчислил эти новые возможности. Он рассудил так: раз электроны подобны планетам, они движутся не по окружностям, как у Бора, а по эллипсам. И так как они летят с огромными скоростями, без теории относительности их движение описывать грешно. Два неоспоримых уточнения: одно — классическое — по Кеплеру, другое — неклассическое — по Эйнштейну.

По Кеплеру: на эллиптически вытянутой орбите скорость электрона все время меняется не только по направлению, как это бывает в случае кругового движения, но и по величине. Вдали от ядра скорость одна, вблизи — другая. А по Эйнштейну: если величина скорости меняется, то меняется и масса электрона.

Получилось, что, описав оборот вокруг ядра, электрон чуть смещается в сторону. Он вяжет вокруг ядра петлю за петлей. Пока он летит по эллипсу своей орбиты, этот эллипс сам вращается — катится по плоскости орбиты. И потому истинный путь электрона — это красивая кривая, называемая розеткой: он очерчивает в полете по контуру многолепестковый цветок, вроде ромашки.

А можно так рассудить: электрон участвует в двух независимых вращениях. Первое — вращение по орбите — квантуется: не любые орбиты разрешены, а только прерывистая их череда. Второе — вращение самой орбиты — тоже квантуется: лепестки ромашки не могут быть какими угодно — разрешенные природой тоже образуют прерывистую последовательность. И для их нумерации тоже надобна последовательность целых чисел: 1, 2, 3… k.

Но это не все. Атом — объемная вещь. Лишь электронные орбиты плоские, а сам он — трехмерная конструкция. И пока электрон летит по эллипсу, а эллипс катится по плоскости орбиты, эта орбитальная плоскость может поворачиваться в пространстве.

Третье независимое вращение, в котором невольно участвует электрон. Очевидно, и оно квантуется: не все положения орбитальной плоскости допустимы, а лишь пунктирный их ряд. Это напоминает чередование спиц в колесе. Их тоже надо пересчитывать. Необходима третья последовательность целых чисел: снова — 1,2, 3… m.

Так возникли в квантовой теории атома, сверх главного квантового числа Бора, два дополнительных квантовых числа Зоммерфельда. Он назвал их «внутренними». И сразу удалось верно описать тонкую структуру атомных спектров!
Электрон может тормозиться и излучать при переходе из одной среды в другую — это так называемое переходное излучение. Излучает электрон и при движении в гофрированном волноводе, когда частица, подобно автомобилю на выбитой дороге, колеблется на «неровностях» электромагнитного поля. Подобный же эффект возникает при движении электрона над дифракционной решеткой. Одним словом, накачать свободный электрон энергией, а затем отобрать ее в виде квантов излучения нетрудно. И уже давно построены приборы, где от потока ускоренных свободных электронов получают так называемое ондуляторное излучение. В типичном случае электроны, по-разному притормаживаясь и перемещаясь в магнитном поле ондулятора, на лету стреляют квантами разной энергии, то есть дают излучение разных частот.

[1]

Фотоны или частицы вещества (например, электрон) создают волновую картину, когда используются две щели
Двухщелевой опыт в современной физике. является демонстрацией того, что свет и материя в целом могут проявлять характеристики как классических волн, так и частиц; кроме того, он отображает фундаментально вероятностный характер квантово-механических явлений. Впервые опыт был проведен Томасом Юнгом со светом в 1801 году. В 1927 году Дэвиссон и Гермер продемонстрировали, что электроны проявляют такое же поведение, которое позднее расширено на атомы и молекулы. В 2012 году Стефано Фраббони и его коллеги провели двухщелевой опыт с электронами и реальными щелями, следуя оригинальной схеме, предложенной Фейнманом. Они посылали одиночные электроны на нанофабрикатные щели (шириной около 100 нм) и, собирая прошедшие электроны одноэлектронным детектором, смогли показать накопление двухщелевой интерференционной картины. В 2019 году Марко Джаммарки и его коллеги продемонстрировали интерференцию отдельных частиц для антиматерии. Опыт может быть сделан с намного более крупными объектами, чем электроны и фотоны, хотя он становится более сложным с увеличением размеров. Крупнейшими объектами, для которых был проведен опыт с двумя щелями, были молекулы, каждая из которых содержала 810 атомов (общая масса которых составляла более 10000 атомных единиц массы).

[2]

</div>

[3]

</blockquote>
Электроны в проводниках, чтоб вы знали, движутся не со скоростью света, как говорит нам опыты проводимые с электричеством, а всего от 0,6 до 6 мм в секунду, в зависимости от качество проводника. Как же электричество при этом передаётся со скоростью света? Каждый электрон обладает зарядом, и до подключения к проводнику электрического тока находится на внешних орбитах атомов его кристаллической решётки. После того, как источник электрического тока подключён, и лампочка зажглась, электроны, которые «выбивают» фотоны из нити накаливания лампы (механизм свечения лампочки накаливания идентичен механизму свечения любого нагретого тела, - от нагрева атомы вещества возбуждаются, электроны с их оболочек переходят на более высокие орбиты, а потом, возвращаясь на более низкие орбиты излучают фотоны), пришли не из источника питания, а с внешних оболочек атомов кристаллической решётки примыкающего к лампочке проводника. Электроны из источника питания тоже дойдут до лампочки, но позже, со скоростью в среднем 1мм/сек. Так происходит при постоянном токе. При переменном же токе электроны от источника питания до лампочки не дойдут вовсе, так как если мы возьмём частоту колебания в российской сети составляющую 50 Гц, что означает колебания электронов в обе стороны с периодом в 0,02сек, любой электрон в такой сети будет совершать путь туда и обратно в среднем 0,02сек*1мм=0,02мм в одном направлении. Однако при этом скорость передачи энергии равна световой.

Итак, вот, что происходит в реальности внутри электрической цепи связывающей генератор или аккумулятор с лампочкой.

- При постоянном токе электроны в проводнике со скоростью света слетают с верхних орбит атомов проводника и начинают со скоростью от 0,6 до 6 мм в секунду ползти к лампочке. Естественно первыми активизируются электроны на самой нити накаливания. Вся эта вереница электронов столь же медленно ползёт к положительному полюсу аккумулятора.

- При переменном токе электроны вообще никуда не ползут, а колеблются на отрезках 0,02мм или даже ещё меньше. Однако энергия для совершаемой работы передаётся от источников питания со скоростью света. Кроме того, в процессе передачи кинетической энергии от движения электронов атомам, которые возбуждаются, и получают фотоны свечения, мы имеем ещё один пример превращения энергии в массу по формуле старичка Эйнштейна E=mc2.

При использовании переменного тока потери энергии в проводнике очень сильно меньше, чем при использовании постоянного тока, так как электронам не нужно ползти «на дальняк». Отсюда и его популярность. В 1880 году Томас Эдисон представил миру свою электрическую лампочку и отдал предпочтение постоянному току, который дешевле и чище, чем газовый свет, но ограничен в дальности и дорог. Джордж Вестингаузу настаивал, что переменный ток является лучшей технологией, поскольку может работать на больших расстояниях и при значительно меньших затратах. Эдисон и Вестингауз конкурируют, чтобы города по всем Соединенным Штатам использовали их систему. Эдисон заявляет, что переменный ток опасен и участвует в публичной войне, а Вестингауз отстаивает технические достоинства переменного тока. Победил Вестингауз, так как за ним осталось больше городов. Но в Нью-Йорке последние линии с постоянным током были ликвидированы только в 2007 году.

Из чего состоит электрон?

Советские ученые еще в восьмидесятых годах прошлого века предположили, что электрон возможно будет разделить на три квазичастицы. В 1996 году удалось разделить его на спинон и холон, а недавно физиком Ван ден Бринком и его командой частица была разделена на спинон и орбитон. Однако расщепления удается добиться только в специальных условиях. Эксперимент может проводиться в условиях крайне низких температур.

Когда электроны «остывают» до абсолютного нуля, а это около -275 градусов по Цельсию, они практически останавливаются и образуют между собой нечто вроде материи, будто сливаясь в одну частицу. В таких условиях физикам и удается наблюдать квазичастицы, из которых «состоит» электрон.

Радиус электрона очень мал, он равен 2,81794.10-13см, однако выходит, что его составляющие имеют намного меньший размер. Каждая из трех частей, на которые удалось «разделить» электрон, несет в себе информацию о нем. Орбитон, как следует из названия, содержит данные об орбитальной волне частицы. Спинон отвечает за спин электрона, а холон сообщает нам о заряде. Таким образом, физики могут наблюдать отдельно различные состояния электронов в сильно охлажденном веществе. Им удалось проследить пары «холон-спинон» и «спинон-орбитон», но не всю тройку вместе.

[4]

Ссылки

Примечания