Metallerde serbest elektronlar. Olağanüstü tuğlalar

Bir elektrik jeneratörü elektrik ürettiğinde elektronlar nereden geliyor? Bu havadan mı? Jeneratör vakumda çalışacak mı? Elektronların kütlesi var, peki hiçbir şey yoksa onları nereden çıkarabilirsin?

KDN

Evet. Jeneratörden gelen akımlardan sorumlu olan elektronlar, tellerin kendisinde bulunan serbest elektronlardır; tüm katı maddeler kısmen elektronlardan oluşur, dolayısıyla bir jeneratörünüz varsa çok fazla elektronunuz olur.

Yanıtlar

Anna V

Statik elektrikte elektronlar (negatif yükler) ve pozitif iyonlar elde etmek mümkündür. Bu, nötr atomların bölünmez olmadığını açıkça göstermektedir. Sürtünme, halılarda yürürken sıklıkla olduğu gibi, elektronları çekip iyonları pozitif yüklü bırakmak için gereken kuvveti sağlayabilir.

Faraday diski, ilk elektrik jeneratörü. At nalı mıknatısı (A), disk (D) boyunca bir manyetik alan yarattı. Disk döndürüldüğünde, bir elektrik akımının merkezden kenara doğru radyal olarak dışarı doğru akmasına neden oluyordu. Akım, kayan yay kontağı m'den, harici devreden geçerek eksen boyunca diskin merkezine geri aktı.

tasarımda manyetik kuvvetler tarafından yönlendirilen, metallerdeki elektronlardır ve yükleri yine elektron hareketine ve pozitif iyonlara ayırır. Metaller, toplu olarak Fermi denizine ait olan ve elektrik jeneratörü akımı üretebilen çok gevşek bağlı elektronlara sahiptir.

Yani cevap şudur: Atomlar elektronlarını dış elektron kabuklarından sağlarlar. Elektronları sağlayan şey jeneratördeki atomlardır ve evet, jeneratör boşlukta çalışacaktır.

Lahiru Perera

Tıpkı su pompanızın su üretmemesi gibi, elektrik jeneratörü de elektron üretmez, sadece elektronları bir yerden diğerine taşır.

Manişerit ♦

Şu anda cevabınız pek yararlı değil ve önceki cevaplardan çok daha küçük. Belki bunu açıklığa kavuşturabilirsiniz?

Jerry Schirmer

İletken malzeme, içinden elektronların serbestçe akabileceği bir malzemedir.

Gerilim, birim yük başına elektriksel potansiyel enerji farkıdır - eğer 10V'luk bir kaynağım varsa ve pozitif terminalden negatif terminale akan +1C yük verirsem, o yüke 10J enerji aktaracağım. Bir elektrik jeneratörü, iki terminal (genellikle DC voltajı veya AC voltajı) arasında bir potansiyel farkı üretir. Normal ev aletlerinde bu voltaj bir tele bağlanır ve pildeki potansiyel enerji iletken teldeki elektronlara aktarılır.

Soruya Bir iletkende elektronlar nereden gelir? Atomdaki elektron sayısı sınırlı olduğuna göre neden tükenmiyorlar? yazar tarafından verilmiştir Alexander Vladislavovich en iyi cevap Muhtemelen metallerin "serbest" elektronlara sahip olduğunu birden fazla kez duymuşsunuzdur. Dolayısıyla “serbest” elektronlar tamamen doğru değildir. Aslında tamamen özgür değiller. Bir bakır iletkene bakalım, diyelim ki bir bakır tel halkası. Her bakır atomu (+29) yüklü bir çekirdek ve (her biri (-1) yüklü) 29 elektrondan oluşur. Bu elektronlar aynı değildir; enerji seviyelerine dağılmışlardır. Bakırın elektronik formülü 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1'dir. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 enerji seviyelerinde bulunan elektronlar çekirdek tarafından oldukça sıkı bir şekilde tutulur ve her biri “kendi” çekirdeğinin yakınında bulunur, ancak 4s1 enerji seviyesinde bulunan elektron çok zayıf bir şekilde tutulur. Mecazi anlamda konuşursak, onu tamamen koparmak için değil, bir çekirdekten diğerine taşımak için "üflemek" yeterlidir. Diğer çekirdeğin fazladan bir elektronu olacaktır, ancak o (çekirdek) fazladan elektronu tutamaz ve onu üçüncüye, sonrakine vb. aktarır. Dış kuvvetlerin yokluğunda elektronların bu transferi, kesin bir yönü olmayan kaotiktir. Sonunda, bu ekstra elektron, bizim onu ​​"attığımız" çekirdeğe gelecektir. Böylece tüm atomların 4s1 enerji seviyelerinde bulunan elektronlar sürekli ve çok kolay bir şekilde bir atomdan diğerine hareket ederler. Bu anlamda özgür olarak adlandırılıyorlar.
Şimdi, bir bölümü manyetik alana yerleştirilen ve harici (mekanik) bir kuvvetin etkisi altında, manyetik alan çizgileri boyunca içinde hareket eden aynı bakır halkayı düşünün (halkanın bu kısmı bir jeneratördür ve geri kalan parçalar kablolar ve bir tüketicidir (örneğin bir ampul). Aslında atom seviyesine inerseniz çekirdekler ve elektronlar uygulanan mekanik kuvvetin etkisi altında hareket ederler. Yasaya göre, manyetik alanda hareket eden yüklerin kime (fiziği tamamen unuttum) iletkenin bir bütün olarak hareket yönüne dik olan bir kuvvet tarafından etkilendiğini hatırlamıyorum. Bu kuvvet, 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 enerji seviyelerinde bulunan çekirdeklerin (çok ağırdırlar) ve onlarla ilişkili elektronların hareket etmesine neden olamaz. Ancak “serbest elektronları” (4s seviyesinde) iletken boyunca hareket etmeye zorlar. Artık "serbest" elektronların hareketi kaotik değil, kesinlikle yönlendirilmiştir. Birinci atomdan bir elektron ikinciye, ikinciden üçüncüye, üçüncüden üçüncüye geçer... ve böyle devam eder. Son olarak son atomdaki elektron birinciye doğru hareket eder (iletkenimizin bir halka şeklinde sarıldığını unutmayın.
Böylece her bakır atomunun yine 29 elektronu vardır ancak 4s elektronları kendilerinin değil komşularındandır. Bir sonraki anda, tüm "serbest" elektronlar aynı yönde 1 konum daha kaydıracak. Alternatif akım jeneratörlerinin çalışması, kabaca konuşursak, akımlı çerçeve sabit bir manyetik alanda (50 hertz frekanslı endüstriyel olanlarda) dönecek şekilde düzenlenmiştir. Bu nedenle, devrimin ilk yarısında iletken (çerçevenin bir tarafı) mıknatısın kuzey kutbu yakınındaki kuvvet çizgilerini geçer ve elektronlar bir yönde hareket eder. Çerçevenin dönüşünün ikinci yarısı sırasında, söz konusu iletken mıknatısın güney kutbu yakınındaki kuvvet çizgilerini geçer ve elektronlar ters yönde hareket eder ve bu şekilde saniyede 50 kez hareket eder. Doğru, aslında iletkenin geçtiği manyetik alanın yoğunluğu sabit değildir, sinüzoid boyunca değişir, ancak bu olup bitenlerin özünü değiştirmez. Sonuç, alternatif bir elektrik akımıdır, yani elektronlar aslında çekirdeklerinden uzağa gitmezler, sanki sallanıyormuş gibi ileri geri "sallanırlar". Bunun gibi bir şey Çok teşekkür ederim, hayatım boyunca bu soruyla eziyet çektim.
Ancak o zaman her türlü Tesla transformatörünün elektriği havaya veya aynı yıldırıma nasıl dağıttığını veya havanın da bu "serbest" elektronları nasıl ilettiğini anlamadım, ancak bu durumda kaynağa geri dönemeyecekler, çünkü devre yok.
Genel olarak size sormak istiyorum veya biraz literatür önerebilir misiniz?

Yanıtlayan: Dr. sik[guru]
yani gidenlerin yerine başkaları geliyor. Akım yalnızca kapalı bir devrede akar, hatırladın mı? Yani elektronlar bir daire içinde dolaşır

Yanıtlayan: Alexander Şevçenko[aktif]
Elektronlar hiçbir yere koşmazlar, oldukları yerde kalırlar, zincir boyunca yükü birbirlerine aktarırlar.

Yanıtlayan: Pinochet[guru]
Bu elektronlar hiçbir yere kaçmasın.
Size tek bir bilim insanının e-postanın tam olarak ne olduğunu bilmediğini söylersem. mevcut, o zaman insanlığa olan inancınızı kaybedeceksiniz.))
Sadece hipotezler, yani varsayımlar var ki, bir şekilde hesaplama yapmak mümkün olsun.
Ve kendiniz bir sürü hipotez üretebilirsiniz.
Elektronlar hiçbir yere kaçmazlar, sadece kimin daha uzağa uçtuğunu görmek için birbirlerinin kıçına vururlar.
Bir nevi bilardo topları gibi.
Peki ne zaman koşmalılar? -Akımın hızı ışık hızına eşittir. Sadece birbirlerine yük aktarırlar ve hepsi bu.

Yanıtlayan: Patates baba[guru]
serbest elektronlar.
Elektrik akımı her zaman kapalı bir döngü süreci olduğundan bunlar bitmez. Bir şey kaldıysa, bir şey gelmiştir.

Yanıtlayan: Küre[guru]
"Elektron transfer yükü" ifadesinin ne anlama geldiğini bilmiyorum ama benim naçizane anlayışıma göre durum böyle.
Bir anahtarı çevirdiğimizde, iletkenin içinden ışık hızıyla bir parazit geçer. Muhtemelen istasyondan ayrılan bir yük treni görmüşsünüzdür? Lokomotif birinci vagonu çeker, o da ikinciyi çeker ve böylece otomatik bağlayıcının çınlaması tüm zincir boyunca yayılır (ve bu çınlamanın hızı hem lokomotifin hem de vagonların hızından çok daha yüksektir). İşte burada - elektronlar artıya doğru koşuyor, komşular onların yerine hareket ediyor vb. Bir iletkenden ışık hızında bir elektromanyetik darbe geçer.
Ayrıca akım gücünün, birim zamanda bir iletkenin belirli bir kesitinden geçen yük olduğunu da hatırlayalım. Tek bir elektronun hızı çok küçük olabilir ama elektron bu kesiti geçti ve dolayısıyla akıma katkısını yaptı.
Bir iletkende çok sayıda serbest elektron vardır: yaklaşık 10^23 (Avogadro sabiti düzeyinde). Ve bir elektronun yükü yaklaşık 10^-19 C olmasına rağmen, tüm elektronların %0,01'inin hareket etmeye başlaması yeterlidir ve iletkenden 1A'lık bir akım akacaktır.
Bu sabit akımla olur. Değişkende her şey daha da basittir - orada elektronlar hiçbir yere hareket edemezler, ancak sadece elektrik alanının yönündeki periyodik değişime göre salınırlar.
Ve son olarak düşüş hakkında. İletkende daha az elektron varsa, pozitif yüklenecek ve ya akım duracak ya da pilin eksi kısmından elektronları çekmeye başlayacaktır.

Yanıtlayan: Gennadi Karpov[guru]
Elektronlar koşuyor ve koşuyor.
Ve elektrik alanı onları çalıştırıyor.
Bir elektronun yükü vardır ve bir elfieldın etkisi altında hareket eder.
İletkenlerde (örneğin metallerde, elektrolitlerde, yarı iletkenlerde... biraz farklı bir resim) yapılarının özellikleri nedeniyle serbest elektronlar vardır.
Bazıları kaçar ve diğerleri bağlı başka bir iletkenden (örneğin, açıldığında bir anahtar) onların yerine koşarak gelir. Bu iletken bir akım kaynağına bağlı ve kaynak onları bir daire şeklinde hareket ettiriyor.
Bu sabit akımla olur.
Akım alternatif ise (ağdaki yaklaşık 50 Hz'yi unutmayın), o zaman saniyede 50 kez "şu tarafa" salınırlar. Ve neredeyse yerinde kalıyorlar.
Bir iletkendeki elektrik alanı, ışık hızında (elektrik alanın yayılma hızı) hızla yayılır. Ve elektronların kendisi çok daha yavaş hareket eder.

Yanıtlayan: Evgeny M.[guru]
Bir şey daire şeklinde döndüğünde asla azalmaz.
Neden bu kadar basit bir düşünce aklına gelmedi? (Ya da öğretmenin?)
Sürecin mekanizması hiç önemli değil, detayları hiç önemli değil. Örneğin, belirli bir elektronun kapalı bir yol boyunca tüm iletkenin etrafında uçup geri dönmeyi başarması veya yalnızca komşu bir atoma uçup orada yayılan elektronun yerini alması önemli değildir.
Önemli olan, doğru akımın HER ZAMAN yalnızca kapalı bir yol boyunca akmasıdır. Yol kapalı değilse akım her zaman durur (elektronlar biter).
Yol kapalı değilse böyle bir sistemde yalnızca alternatif akım mevcut olabilir. (Örneğin yol bir kapasitör tarafından kesilebilir.) Alternatif akımda elektronlar genellikle hiçbir yere uçmazlar. Atomlarına yakın konumda bulunurlar ve yalnızca alternatif akımın frekansında salınım hareketleri gerçekleştirirler.

Yanıtlayan: Doktor[guru]
Bir iletkenin içinde elektronlar vardır; atom çekirdeklerinin etrafındaki yörüngelerde bulunurlar. Ancak iletkenlerde serbesttirler. Bu, dış kuvvetlerin etkisi altında hiçbir engel olmadan hareket edebilecekleri anlamına gelir. . Kendi başlarınalar.
Bir elektrik alanı oluştuğunda düzenli bir şekilde hareket etmeye başlarlar.
Kirkhoff yasasına göre akımların toplamı sıfırdır. Bu yüzden bitmiyorlar - hiçbir yerde israf edilmiyorlar - kapalı bir zincir halinde daireler çizerek dolaşıyorlar.
İkincisi, atomlarda yörünge yoktur.)
Yörüngeler vardır; elektronun konumunun daha muhtemel olduğu bir dizi nokta. Bor atomunun eski bir modelini kullanıyorsunuz.

Yanıtlayan: MwenMas[guru]
Kısaca elektronlar bir iletkenden kaçmazlar. Her zaman içinde kalırlar ve bir elektrik alanının etkisi altında, doğru akımla tek yönde veya alternatif akımla ileri geri hareket ederler. Bir ısıtma sisteminde pompanın suyu tahrik ettiğini, ancak hiçbir yere gitmediğini, küçülmediğini düşünün. Elektronlar için de aynı şey geçerlidir.

Yanıtlayan: Oriy Semykin[guru]
Einstein'ın dirilişi biyologlar ve doktorlar içindir.
Burada fiziğe gerek yok, bunu anlamak için sağduyu yeterli. Elektronlar kaybolmaz, yalnızca yer değiştirir. Aksi takdirde devrenin bir bölümü hızla pozitif yüklenecektir. Nötr kaldığı için ücret telafi edilir. Elektron oldukları açıktır. Gerçekte elektronlar bir akım şeklinde “akmaz”, ancak bir elektromanyetik dalga hareket eder. Bunu anlamak daha zor olacak.

Yanıtlayan: Alex[acemi]
Ve söylenenlerin hepsine göre, tüketicinin çalışması sırasında enerjinin bir kısmının ısıya harcandığı göz önüne alındığında, kapalı bir devrede elektronların yükü (enerjisi) nasıl yenilenir?

Yanıtlayan: Maxim Elmaslar[guru]
Rezonans diye bir kelime var...

Yanıtlayan: Yergey[aktif]
Bilim birçok olguyu elektron teorisini kullanarak açıklayamıyor. Bunlar arasında statik elektriğin ortaya çıkması ve kaybolması, manyetizma olgusu, iletkenin nötrlüğü, elektrik akımı maddelerinin iletkenliği ve iletkenliği, piezoelektrik etki, açık devrede elektrik akımının varlığı, pozitronların yokluğu yer alır. elektrik akımının üretilmesi ve bunların elektrik deşarjı oluşumundaki varlığı, parçacıklar tarafından dualizmin tezahürü ve çok daha fazlası.

Yanıtlayan: Yura Ezhov[acemi]
Ve devrede akkor ampul varsa. Enerjiyi ışıkta ve ısıda harcar, böylece elektronların yüklendiği ve yükü ampule aktardığı ortaya çıkar. Peki yeni ücreti nereden alacaklar? Manyetik alandan mı? Veya kendilerini bir daire içinde tekmelemeye devam ettikleri için
?

Wikipedia'da serbest elektron modeli
Hakkındaki Wikipedia makalesine bakın Serbest elektron modeli

Bu hep böyledir: Bahçıvan yağmura sevinirse, turist bu yersiz sağanak yağışa lanet okur. Güneş hararetli bir şekilde parlıyor ve yine bazı insanlar kendilerini iyi hissediyor, bazıları ise iyi hissetmiyor. Ne yazık ki dünyada bir ideal yok ve herkesi memnun etmek imkansız.

Nötronun keşfinden önce fizikçiler atom çekirdeğinin proton ve elektronlardan oluştuğunu düşünüyorlardı. Bu, teorisyenleri büyük ölçüde üzdü; hesaplamaları geçimini sağlayamadı. Ancak çekirdeklerin radyoaktif beta bozunmasını inceleyen deneyciler tamamen sakindi. Elektronların nereden geldiği konusunda endişelenmelerine gerek yoktu.

Nötronun ortaya çıkışı her şeyi alt üst etti. Artık teorisyenler seviniyordu, çünkü çekirdeğin yapısının nötron-proton modeli tüm zorlukları ortadan kaldırıyordu. Ancak radyoaktivite araştırmalarıyla uğraşanlara bir bakışta sevinç soldu ve soldu. Tek ama son derece zor bir sorunun cevabını talep ettiler: Çekirdeklerin beta bozunması sırasında elektronlar, eğer orada değilse nereden geliyor?

Çekirdeğin yapısına dair bu kadar basit bir tabloyu bir kez daha terk edip geri adım atmak gerçekten gerekli mi? Sonunda net ufuklar gördükten sonra, birbiriyle uyuşmayan, anlaşılmaz gerçeklerin korkutucu uçurumuna tekrar dalmak gerçekten mümkün mü?

Açıkça sorulan soru şudur: Elektronlar çekirdekte nereden geliyor? - fizikçileri ileriye doğru büyük bir adım atmaya zorladı. Belki de elektronların tanınması adımından daha az ciddi değildir.

Yirmi üç yüzyıl önce Demokritos, atom dünyasına bölünmezlik ve değişmezlik özelliği bahşetti. 19. yüzyılın sonlarında fizikçiler atomlardan bu etiketi söküp aldılar ve hiç tereddüt etmeden onu temel parçacıklara uyguladılar! Fizikçiler için maddenin tuğlalarını her zamanki sakin ve güvenilir etiket olmadan hayal etmek çok zordu.

Kuantum mekaniğinin kurucusu W. Heisenberg, çekirdeğin gizemini çözen ilk kişiydi. Çekirdekteki bir nötronun bazen bir proton artı bir elektron ve bir nötrinoya dönüşebileceğini öne sürdü. Proton çekirdekte kalır ve geri kalan "ortaya çıkan" parçacıklar onu terk eder. Dışarıdan bakıldığında bu dönüşüm radyoaktif beta bozunumuna benziyor.

Demek elektronlar buradan geliyor! Mikro dünya araştırmacıları ilk kez temel parçacıkların karşılıklı dönüştürülebilirliğini keşfetti.

Daha sonra ortaya çıktığı gibi, bir nötron çekirdeğin dışında 12 dakikadan fazla yaşamaz ve bir proton, elektron ve nötrinoya bozunur. Serbest bir protonda böyle bir şey olmaz. Ancak radyoaktif bir çekirdekte enerji durumu öyledir ki, kararlı bir proton bile bir nötron, pozitron ve nötrinoya dönüşebilir. Temel parçacığın (pozitron) ismine dayanarak, radyoaktif bir çekirdeğin yaşamındaki bu olaya pozitron bozunması denilmeye başlandı.

Bu yeni parçacık nedir; bir pozitron mu?

Hem yeni hem de sanki uzun zamandır bize tanıdık geliyor. Bu, yalnızca elektrik yükünün zıt işaretine sahip bir elektronun tam bir kopyasıdır. Çekirdeklerin pozitron bozunması hakkında sadece birkaç kelimeye ihtiyaç duyulursa, bundan bahsedecek hiçbir şey yok gibi görünüyor.

Ama hayır. Bu parçacık, parçacık fiziği tarihinde özel bir rol oynar. Pozitronun keşfi antipartiküller dünyasının kapısını açtı. Bize maddenin başka bir özelliğini gösterdi; ağır bir formdan bir enerji formuna dönüşme yeteneği!

Her şey 1931'de Cambridge Üniversitesi'nden genç teorik fizikçi Paul Dirac'ın elektronun hareketini açıklayan bir denklem elde etmesiyle başladı. Kısa süre sonra bu denklemin iki çözümü olduğunu, yani elektronun yanı sıra bir parçacığı daha tanımlamaya uygun olduğunu keşfetti. Bu parçacığın tamamen bir elektrona benzemesi gerektiği, ancak pozitif elektrik yüküne sahip olması gerektiği ortaya çıktı.

O zamanlar - ve bu kırk yıldan fazla bir süre önce gerçekleşti - hiç kimse antiparçacıkları duymamıştı ve fizikçiler tarafından bilinen pozitif yüklü tek parçacık protondu. Ancak proton, kütlesinin büyük olması nedeniyle Dirac denkleminin ikinci çözümüne cevap vermedi.

Başlangıçta bu tamamen matematiksel bir merak gibi görünüyordu. Ancak ikinci çözümü dışlamaya yönelik tüm girişimler hiçbir sonuç vermedi. İki şeyden biri: Ya Dirac'ın teorisi yanlıştır ya da doğada pozitif yüklü bir elektron vardır.

Dirac'ın tahmini o kadar sıra dışıydı ki, en büyük bilim adamları bile bunu hemen kabul etmediler. Örneğin Landau yalnızca otuz yıl sonra şunları söyledi: "Dirac'ın birkaç yıl içinde bilim için bu odadaki herkesin tüm yaşamları boyunca yaptığından daha fazlasını yaptığını kim iddia edebilir?"

Bir yıl sonra, 1932'de kozmik ışınlarda bir pozitron keşfedildi. Bulut odasında yalnızca bir elektrona ait olabilecek fakat pozitif yüklü parçacıkların izlerini buldular.

Bir bulut odası kullanarak kozmik ışınları incelerken deneyciler, 1927'de Sovyet fizikçi D. Skobeltsyn tarafından önerilen bir yöntemi kullandılar. Bir elektromıknatısın kutupları arasına bir bulut odası yerleştirildi. Bu, yalnızca temel bir parçacığın izini görmeyi değil, aynı zamanda manyetik alandaki eğriliğiyle enerjiyi ölçmeyi ve odadan uçan mikro dünyanın bir temsilcisinin elektrik yükünün işaretini belirlemeyi mümkün kıldı. Bulut odasında çekilen fotoğraflarda elektron ve pozitronun izlerinin zıt yönlere saptığı açıkça görülüyordu.

Deneyim teoriyi doğruladı. Yirmi sekiz yaşındaki Paul Dirac, Nobel Ödülü sahipleri listesine katıldı.

Pozitronun keşfinden sonra şu soru ortaya çıktı: Her temel parçacığın "anti-yansıması" yok mu? Deneyciler kozmik ışınlarda antiprotonu aramaya başladı. Elektron-pozitron çiftinin Dirac'ın teorisini doğruladığı iddia edildi. Ama hayır, hayır ve doğanın özellikle bu parçacıklar için yaptığı istisna düşüncesi aklıma geldi.

Akademisyen Ya.Zeldovich, "Antprotonun tahmini ile 1955'teki gözlemi arasındaki zaman aralığı çok uzundu ve bazı teorisyenlerin sinirleri buna dayanamadı - son yıllarda, olmadan bir teori oluşturmak için girişimlerde bulunuldu" dedi. antiprotonlar.”

Dirac'ın öngörüsünden yalnızca çeyrek yüzyıl sonra, Emilio Segre ve Owen Chamberlain liderliğindeki bir grup Amerikalı bilim adamı antiprotonu keşfetti. Ve bir yıl sonra bir antinötron buldular.

Pozitronun ucunu kavrayan fizikçiler önce yavaş yavaş, sonra giderek daha hızlı antipartiküllerle dolu ağı çıkarmaya başladılar. Ve artık hiç kimse, her temel parçacığın kendi gölgesine, karşılık gelen bir antiparçacığa sahip olduğundan şüphe duymuyor.

Bir bulut odasındaki pozitron izlerini inceleyen fizikçiler, birbirleriyle buluşan bir elektron ve bir pozitronun karşılıklı olarak "yok edildiğini" - yok edildiğini hemen keşfettiler.

Doğa için korkacak hiçbir şey yoktu; hiçbir şey kaybetmedi. Her iki parçacığın kütlesi başka bir tür maddeye, miktarı Albert Einstein E = mc 2'nin iyi bilinen formülü kullanılarak kolayca hesaplanabilen enerjiye dönüştü.

Nobel Ödülü sahibi Max Laue şöyle yazdı: "Modern fiziğin bu sonucu, doğa biliminin şimdiye kadar getirdiği gelişmelerin en çarpıcısıdır."

Maddenin temel tuğlalarının ne kadar tuhaf olduğu ortaya çıktı! Proton ve elektron gibi kararlı parçacıklar bile antiparçacıklarıyla birlikte "yok olabilir". Düşünce istemsizce içeri sızdı: Bu kadar kırılgan malzemeden yapılmış antik kayalar nasıl günümüze kadar hayatta kalabildi?

Ancak mesele şu ki, temel parçacıklar yalnızca radyoaktif çekirdeklerin belirli koşullarında ve antipartiküllerle karşılaştıklarında dönüşüme hazır olduklarını gösterir. Dünyanın erişebildiğimiz bölgesinde, radyoaktif olanlardan ölçülemeyecek kadar daha kararlı çekirdekler var. Ve bizi yok olmaktan kurtaran şey antiparçacıkların gözle görülür miktarlarda bulunmamasıdır.

Yunanca'da "elektron" kelimesi şu anlama gelir: "kehribar".

Miletoslu Thales (MÖ 600), kehribarın bir kumaşa sertçe sürülmesi durumunda hafif nesneleri çekmeye başlayacağını fark etti. Uzun zamandır bu özelliğe yalnızca kehribarın sahip olduğuna inanılıyordu. Ancak plastik ve diğer sentetik malzemelerden yapılmış nesnelerde de aynı şey olur. Bu fenomeni bir tarak ve saçla kolayca gözlemleyebilirsiniz: taradıktan sonra tarak saçları çekmeye başlar (ve lütfen unutmayın, taranmış saçın kendisi de birbirini itmeye başlar).

Tanımlanan fenomenler fenomene dayanmaktadır. elektrik . Mikroskobik parçacıkların pozitif veya negatif bir yük ile etkileşiminden oluşur. Aynı yüke sahip parçacıklar birbirini iter, zıt yüklere sahip parçacıklar ise çeker. Elektronlar- Bunlar elektrik yükü olan en küçük temel parçacıklardır. Elektron adı İngiliz J. J. Stoney tarafından verildi. Bölünemez bir yük parçacığını bu şekilde çağırmayı önerdi.

Bildiğiniz gibi tüm maddeler atomlardan, mikroskobik parçacıklardan oluşur. Her atom sırasıyla bir çekirdek ve bir kabuktan oluşur. Çekirdek protonlar ve nötronlardan oluşur, ancak kabuk elektronlardan oluşur ve bu nedenle denir. elektron bulutu.

Yalnızca elektronların değil, protonların da elektrik yükü vardır (nötronlar, adlarından da anlaşılacağı üzere elektriksel açıdan nötrdür). Bir atomda, protonların yükü nedeniyle pozitif yüke sahip olduğu için elektronlar çekirdeğe çekilir, elektronlar ise negatif yüke sahiptir. Ancak bu özelliklerine rağmen elektronlar sürekli hareket halinde olduklarından çekirdekle tam olarak birleşmezler. Ve atomun kendisi elektriksel olarak tamamen nötrdür çünkü bir atomdaki proton sayısı elektron sayısına eşittir.

Metallerde bazı elektronlar atomlara bağlı değildir ve serbestçe hareket edebilirler. Bu elektronların yönlendirilmiş hareketi, onsuz hayatımızı hayal edemeyeceğimiz bir olguya neden olur: elektrik akımı. Bu yüzden metallere denir iletkenler : yapabilirler yönetmek elektrik. Akımı iletmeyen maddelere denir izolatörler , veya dielektrikler .

Hikayemizin başlangıcına dönelim ve şu soruyu cevaplayalım: Kehribar neden elektrikleniyor? Her şeyden önce, yalnızca yalıtkanların sürtünmeyle elektriklenebileceğini unutmayın. İki cisim birbirine sürtündüğünde, bazı elektronlar bir cisimden diğerine aktarılır. Sonuç olarak, cisimler zıt yükler kazanır. Yalnızca yalıtkanlar sürtünmeyle elektriklenebilir, çünkü yalnızca bu cisimlerde bir cisimden diğerine hareket eden elektronlar son buldukları yerde kalırlar. İletkenlerde serbestçe hareket etmeye başlarlar.

Muhtemelen zaten tahmin ettiğiniz gibi, birbirine sürtünen bir çift cismin toplam yükü sıfıra eşittir, yani böyle bir yüzen elektriksel olarak nötr.

Kehribar, tıpkı ebonit, cam veya kedi kürkü gibi sürtünmeyle çok kolay bir şekilde elektriklenir.

Bu soru lahana gibidir, açarsınız açarsınız ama “temel” sap hâlâ çok uzaktadır. Görünüşe göre soru bu sapla ilgili olsa da, yine de tüm lahananın üstesinden gelmeye çalışmalısınız.

En yüzeysel bakışta akımın doğası basit görünebilir: Akım, yüklü parçacıkların hareket etmesiyle oluşur. (Parçacık hareket etmiyorsa akım yoktur, yalnızca elektrik alanı vardır.) Akımın doğasını anlamaya çalışarak ve akımın neyden oluştuğunu bilmeden akımın yönünü seçtiler. Pozitif parçacıkların hareket yönü. Daha sonra, negatif parçacıklar ters yönde hareket ettiğinde, etkisi tamamen aynı olan ayırt edilemez bir akımın elde edildiği ortaya çıktı. Bu simetri akımın doğasının dikkate değer bir özelliğidir.

Parçacıkların nereye hareket ettiğine bağlı olarak akımın doğası da farklıdır. Mevcut malzemenin kendisi farklıdır:

• Metallerin serbest elektronları vardır;
• Metal ve seramik süperiletkenlerde de elektronlar vardır;
• Sıvılarda - kimyasal reaksiyonlar sırasında veya uygulanan bir elektrik alanına maruz kaldığında oluşan iyonlar;
• Gazlarda elektronların yanı sıra iyonlar da vardır;
• Ancak yarı iletkenlerde elektronlar serbest değildir ve bir "aktarma yarışı" içinde hareket edebilirler. Onlar. Hareket edebilen şey elektron değil, onun var olmadığı bir yer, bir “delik”tir. Bu tür iletkenliğe delik iletkenliği denir. Farklı yarı iletkenlerin bağlantı noktalarında, bu akımın doğası, tüm radyo elektroniklerimizi mümkün kılan etkilere yol açmaktadır.

Akımın iki ölçüsü vardır: akım gücü ve akım yoğunluğu. Yüklerin akımı ile örneğin bir hortumdaki suyun akımı arasında benzerliklerden çok farklılıklar vardır. Ancak akıma böyle bir bakış, ikincisinin doğasını anlamak için oldukça verimlidir. Bir iletkendeki akım, parçacık hızlarının bir vektör alanıdır (eğer aynı yüke sahip parçacıklarsa). Ancak akımı anlatırken genellikle bu ayrıntıları dikkate almayız. Bu akımın ortalamasını alıyoruz.

Yalnızca tek bir parçacık alırsak (doğal olarak yüklü ve hareketli), o zaman belirli bir anda yük ile anlık hızın çarpımına eşit bir akım tam olarak bu parçacığın bulunduğu yerde mevcuttur. Ivasi düetinin “Şimdi bira zamanı” şarkısında nasıl olduğunu hatırlayın: “... eğer iklim zorsa ve astral düşmanca ise, tren ayrılmışsa ve tüm raylar KAPATILMIŞSA... ” :)

Ve şimdi başta bahsettiğimiz o sapa geliyoruz. Bir parçacığın neden bir yükü var (hareketle her şey açık görünüyor, ama yük nedir)? Yük taşıyan en temel parçacıklar (artık kesin:) görünüşte bölünmez olanlar elektronlar, pozitronlar (antielektronlar) ve kuarklardır. Hapsedilme nedeniyle tek bir kuarkı çekip incelemek imkansızdır; bir elektronla bu daha kolay gibi görünüyor, ancak henüz çok net değil. Şu anda akımın nicemlendiği açıktır: elektronun yükünden daha küçük hiçbir yük gözlenmez (kuarklar yalnızca toplam yükü aynı veya sıfır olan hadronlar biçiminde gözlenir). Yüklü bir parçacıktan ayrı bir elektrik alanı, yalnızca kuantumu bir foton olan elektromanyetik dalga gibi bir manyetik alanla birlikte var olabilir. Belki de elektrik yükünün doğasına ilişkin bazı yorumlar kuantum fiziği alanında yatmaktadır. Örneğin, onun tarafından tahmin edilen ve nispeten yakın zamanda keşfedilen Higgs alanı (bir bozon varsa, bir alan vardır) bir dizi parçacığın kütlesini açıklar ve kütle, parçacığın çekim alanına nasıl tepki verdiğini gösteren bir ölçüdür. Belki bir elektrik alanına tepkinin ölçüsü olarak yük ile de benzer bir hikaye ortaya çıkacaktır. Kütlenin neden var olduğu ve yükün neden var olduğu birbiriyle bağlantılı sorulardır.

Elektrik akımının doğası hakkında çok şey biliniyor, ancak en önemli şey henüz bilinmiyor.