Elektron i boblekammer
Spor af elektron i et boblekammer. Spiralen på figuren er et spor afsat af en elektron, der i boblekammeret er blevet slået ud fra sin bane om et brintatom. Hele figuren svarer til 70 cm i boblekammeret.

Elektronen er en elementarpartikel med en ladning på minus én elementarladning.

Faktaboks

Etymologi
Ordet elektron er dannet af den britiske fysiker G.J. Stoney (1826-1911), af engelsk electric 'elektrisk' og -on.

Elektroner er blandt de mindste partikler, vi kender. De er en del af atomet, hvor de befinder sig i en sky rundt om atomets kerne. Dermed findes de overalt. Elektroner spiller en stor rolle i teknik og elektronik, da de er ansvarlige for alt hvad der har med elektrisk strøm at gøre. Alt der bruger strøm; belysning, mobiltelefoner, computere osv., afhænger derfor af elektroner. Selv vores kroppe afhænger af elektroner. Når hjernen f.eks. giver hånden besked på at flytte sig, sker det med svage elektriske signaler over cellevæggene, og afhænger indirekte af elektroner, men modsat elektriske strømme, løber der ikke en strøm af elektroner gennem nervebanen.

Atomer består af en positivt ladet atomkerne – der igen består af protoner og neutroner – og et antal elektroner, der er bundet til atomkernen i orbitaler.

Elektronens hvilemasse er blot ca. 1/1836 af protonens masse, svarende til 9,1093837015·10-31 kg eller 0,51099895000 MeV. Dermed er elektronen den letteste, stabile elementarpartikel, og dens masse kan ignoreres når man udregner atomers samlede masse.

Elektronens centrale betydning

Elektronen og deres egenskaber spiller en central rolle i mange grene af fysik og kemi. Alle elektriske fænomener skyldes elektroner; at et materiale kan lede strøm, skyldes frie elektroner i atomernes yderste orbitaler (se elektrisk felt). I kemi er udveksling af elektroner ansvarlig for bindinger mellem atomer. Elektronik er baseret på halvledere, hvis egenskaber skyldes materialets elektronstruktur. Også materialers varmeledningsevne skyldes elektronstrukturen. Når atomkerner betahenfalder sker der ved udsendelse af en elektron. I elementarpartikelfysik har flere, store eksperimenter fungeret ved at lade elektroner kollidere med sin antipartikel, positronen, for at producere nye partikler.

Elektronen blev opdaget i 1897 af den britiske fysiker J. J. Thomson, se atom.

Klassificering og egenskaber

I partikelfysikkens standardmodel klassificeres elektroner som leptoner, hvor elektronen hører til første generation. Elektroner er fundamentale partikler, hvilket betyder at de ikke består af andre, mindre, partikler. Elektroner påvirkes af tre af de fire naturkræfter. Ud over den elektromagnetiske kraft, kan elektroner også påvirkes af svage kernekræfter og gravitation.

Elektronen har et spin på ½ gange Plancks konstant. Elektronen er dermed en fermion, og adlyder Paulis udelukkelsesprincip ifølge hvilket to elektroner ikke kan være i samme kvantetilstand. Dette forhold spiller en hovedrolle for forståelsen af stoffernes elektronstruktur, og dermed stoffernes egenskaber (se faststoffysik).

Elektroner og kvantemekanik

Elektroner kan eksistere enten som frie partikler, eller bundet af en atomkerne. I begge tilfælde anvender man kvantemekanik. En fri elektron optræder som en bølge, med de Broglie-bølgelængde h/p, hvor p er elektronens impuls og h er Plancks konstant.En sådan bølge udviser ligesom en lysbølge interferenseffekter, f.eks. Bragg-diffraktion.

For elektroner bundet i et kraftfelt (f.eks. i et atom, molekyle eller fast stof) kan man ved løsning af Schrödingerligningen fastlægge de tilladte energier og de tilhørende bølgefunktioner, som beskriver den rumlige fordeling af elektronerne. Elektroner kan foretage spring fra én kvantetilstand til en anden under optagelse eller udsendelse af en foton (lysenergi), og hyppigheden af spring er fastlagt af bølgefunktionen for begyndelses- og sluttilstanden. Bestråles stof med tilstrækkelig energirige fotoner, kan disse omdannes til elektron-positron-par. Denne proces kan beskrives på tilsvarende måde som elektronspring mellem kvantetilstande, idet Schrödingerligningen dog må erstattes med Diracligningen, der tager højde for relativitetsteorien.

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig