電子 -基本粒子之一

電子

基本粒子之一
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電子(Electron)是一種帶有負電的亞原子粒子,通常標記為 e- 。電子屬于輕子類,是第一代中文維基百科未有第一代頁面,可參考英語維基百科的對應頁面generation (particle physics)。輕子家族的成員,以引力、電磁力和弱核力與其它粒子相互作用。 輕子是構成物質的基本粒子之一,即其無法被分解為更小的粒子。電子帶有1/2自旋,是一種費米子 。電子與正子會因碰撞而互相湮滅,在這過程中,創生一對以上的伽瑪射線光子。

  • 中文名稱
    電子
  • 外文名稱
    Electron
  • 套用學科
    電力、核電
  • 所帶電荷
    -1.6 × 10-19庫侖

基本概念

英文解釋

英文解釋:Electron,Electronic

-內圖部結構模型圖-內圖部結構模型圖

n.

電子

Electron

e.lec.tron

n.Abbr. e(名詞)縮寫 e

A stable subatomic particle in the lepton family having a rest mass of 9.1066 × 10^-28 gram and a unit negative electric charge of approximately 1.602 × 10^ -19 coulomb. See table at subatomic particle

electr(ic)

electr(ic)

-on 1

-on1

Electron

e.lec.tron

n.Abbr. e

中文解釋

電子:輕子族裏一種穩定的亞原子粒子,負電荷大約1.602×10 的-19次方庫侖參見 Subatomic particle

基本簡介

電子(Electron)是一種帶有負電的亞原子粒子,通常標記為e- 。電子屬于輕子類,以重力、電磁力和弱核力與其它粒子相互作用。輕子是構成物質的基本粒子之一,即其無法被分解為更小的粒子。電子帶有1/2自旋,是一種費米子。因此,根據泡利不相容原理,任何兩個電子都不能處于同樣的狀態。電子的反粒子是正電子,其質量、自旋、帶電量大小都與電子相同,但是電量正負性與電子相反。電子與正電子會因碰撞而互相湮滅,在這過程中,創生一對以上的光子。

由電子與中子、質子所組成的原子,是物質的基本單位。相對于中子和質子所組成的原子核,電子的質量顯得極小。質子的質量大約是電子質量的1842倍。當原子的電子數與質子數不等時,原子會帶電;稱這原子為離子。當原子得到額外的電子時,它帶有負電,叫陰離子,失去電子時,它帶有正電,叫陽離子。若物體帶有的電子多于或少于原子核的電量,導致正負電量不平衡時,稱該物體帶靜電。當正負電量平衡時,稱物體的電性為電中性。靜電在日常生活中有很多用途,例如,靜電油漆系統能夠將瓷漆(英語:enamel paint)或聚氨酯漆,均勻地噴灑于物品表面。

電子

電子與質子之間的吸引性庫侖力,使得電子被束縛于原子,稱此電子為束縛電子。兩個以上的原子,會交換或分享它們的束縛電子,這是化學鍵的主要成因。當電子脫離原子核的束縛,能夠自由移動時,則改稱此電子為自由電子。許多自由電子一起移動所產生的凈流動現象稱為電流。在許多物理現象裏,像電傳導、磁性或熱傳導,電子都扮演了機要的角色。移動的電子會產生磁場,也會被外磁場偏轉。呈加速度運動的電子會發射電磁輻射

根據大霹靂理論,宇宙現在所存在的電子,大部份都是創生于大霹靂事件。但是,有一小部份是因為放射性物質的β衰變或高能量碰撞而創生的。例如,當宇宙線進入大氣層時遇到的碰撞。在另一方面,許多電子會因為與正電子相碰撞而互相湮滅,或者,會在恆星內部製造新原子核的恆星核合成過程中被吸收。

在實驗室裏,精密的尖端儀器,像四極離子阱(英語:quadrupole ion trap),可以長時間約束電子,以供觀察和測量。大型托卡馬克設施,像國際熱核聚變實驗反應堆,借著約束電子和離子電漿,來實現受控核聚變。無線電望遠鏡可以用來探測外太空的電子電漿。

電子的套用領域很多,像電子束焊接、陰極射線管、電子顯微鏡、放射線治療、雷射和粒子加速器等等。

分類

電子屬于亞原子粒子中的輕子類。 輕子被認為是構成物質的基本粒子之一,即其無法被分解為更小的粒子。它帶有1/2自旋,即又是一種費米子(按照費米—狄拉克統計)。電子所帶電荷為e=1.6 × 10的-19次方庫侖,質量為9.10 × 10-31 kg (0.51 MeV/c2)。通常被表示為e-。 電子的反粒子是正電子,它帶有與電子相同的質量,自旋和等量的正電荷。

物質的基本構成單位——原子是由電子、中子和質子三者共同組成。中子不帶電,質子帶正電,原子對外不顯電性。相對于中子和質子組成的原子核,電子的質量極小。質子的質量大約是電子的1840倍。

當電子脫離原子核束縛在其它原子中自由移動時,其產生的凈流動現象稱為電流

各種原子束縛電子能力不一樣,于是就由于失去電子而變成正離子,得到電子而變成負離子。

靜電是指當物體帶有的電子多于或少于原子核的電量,導致正負電量不平衡的情況。當電子過剩 時,稱為物體帶負電;而電子不足時,稱為物體帶正電。當正負電量平衡時,則稱物體是電中性的。 靜電在我們日常生活中有很多套用方法,其中例子有噴墨印表機

電子是在1897年由劍橋大學的卡文迪許實驗室的約瑟夫·湯姆生(一般簡稱湯姆生)在研究陰極射線時發現的。

一種對在原子核附近以不同概率分布的密雲的基本假設。作用範圍現階段隻能在核外考慮(所有假設粒子現在都隻能在核外摸索摸索)它被歸于叫做輕子的低質量物質粒子族,被設成具有負值的單位電荷。

市場前景

半導體分立器件行業發展現狀

依托良好的政策環境、生產要素成本低廉以及資源供給充分等優勢,“十一五”期間,海外半導體分立器件的製造環節以較快速度向我國轉移。目前,我國已經成為全球最重要的半導體分立器件製造基地。據統計資料顯示,2005年我國半導體分立器件市場規模已達到643.80億元,佔據全球市場40%以上的份額(資料來源:中國半導體協會封裝分會)。但從技術發展水準看,目前國內半導體分立器行業技術水準仍與國際領先水準存在一定的差距。2009年《電子信息產業調整和振興規劃》明確提出需提高新型電力電子器件的研發能力,形成完整配套、相互支撐的產業體系。隨著半導體分立器件國產化趨勢的顯現以及下遊套用領域需求成長的拉升,我國半導體分立器件行業蘊含著巨大的發展契機。

市場規模的發展

2010年,受益于經濟刺激政策的實施以及物聯網、新能源、新材料的套用推動,我國電子整機製造產業出現快速回升,電腦、消費電子、通信等整機產量成長及產品結構持續升級,大大拉動了對上遊分立器件產品需求的成長。

半導體分立器件套用市場發展前景

半導體分立器件的傳統套用領域包括消費電子、電腦及外設、通訊電信、電源電器等行業,伴隨著有關分立器件晶片製造、器件封裝等新技術新工藝的發展,光伏、智慧型電網、汽車電子以及LED照明等熱點套用領域逐漸成長為半導體分立器件的新興市場。“十二五”規劃綱要中明確將節能環保、新能源、新能源汽車等產業列為先導性、支柱性產業。我國產業政策對下遊新興產業的大力扶持以及對傳統產業的升級改造,將為半導體分立器件行業帶來前所未有的發展動力。中國半導體行業協會預計,至2013年我國半導體分立器件市場需求容量將達到1,700億元,產量及銷售量將持續保持10%以上的成長水準。

半導體分立器件行業發展趨勢

作為半導體器件產業的三大分支之一,分立器件產業保持悠久的發展史,隨著新技術、新工藝、新產品的不斷涌現,CAD設計、離子註入、多層金屬化、亞微米光刻等先進工藝技術已套用到分立器件中,這些技術都將推動分立器件市場的持續發展。未來伴隨著物聯網、3G網路等新興行業的發展,新型半導體分立器件將不斷涌現,替代原有市場套用的同時,將持續開拓新興套用領域。此外,分立器件體積小型化、組裝模組化、功能系統化、性能高端化等技術趨勢明顯。隨著下遊電子信息產品呈現小型化、智慧型化發展趨勢,必然對內嵌于電子信息產品的半導體分立器件等關鍵零部件提出更高的小型化、微型化以及多功能化的技術需求。為適應整機裝配效率和提高整機性能可靠性、穩定性的要求,半導體分立器件的小型化、組裝模組化、功能系統化發展趨勢將成為行業主流。

目前,電子元器件行業已經開始走出寒冬,逐步回暖。從全球範圍看,1月份北美半導體設備製造商平均訂單金額為11.80億美元,B/B值為0.95,已連續4個月回升。近期已有部分企業出現了補庫存,訂單也開始增多,行業轉暖氛圍有望進一步提升,一季度行業拐點確立信號逐漸明顯,二季度的需求回升有望繼續拉動訂單復甦和庫存回補。這對公司發展來說,無疑營造了良好的環境,公司未來發展前景可期。

主要特點

電子塊頭小重量輕(比 μ介子還輕205倍),被歸在亞原子粒子中的輕子類。輕子是物質被劃分的作為基本粒子的一類。電子帶有1/2自旋,滿足費米子的條件(按照費米—狄拉克統計)。電子所帶電荷約為- 1.6 × 10-19庫侖,質量為9.10 × 10-31 kg (0.51 MeV/c2)。通常被表示為e-。與電子電性相反的粒子被稱為正電子,它帶有與電子相同的質量,自旋和等量的正電荷。 電子在原子內做繞核運動,能量越大距核運動的軌跡越遠.有電子運動的空間叫電子層.第一層最多可有2個電子.第二層最多可以有8個,第n層最多可容納2n^2個電子,最外層最多容納8個電子.最後一層的電子數量決定物質的化學性質是否活潑,1.2電子為金屬元素,3.4.5.6.7為非金屬元素,8為稀有氣體元素.

物質的電子可以失去也可以得到,物質具有得電子的性質叫做氧化性,該物質為氧化劑;物質具有失電子的性質叫做還原性,該物質為還原劑。物質氧化性或還原性的強弱由得失電子難易決定,與得失電子多少無關。

最外層電子排布

1H11s1
2He41s2
3Li72s1
4Be92s2
5B10.82s2 2p1
6C122s2 2p2
7N142s2 2p3
8O162s2 2p4
9F192s2 2p5
10Ne202s2 2p6
11Na233s1
12Mg243s2
13Al273s2 3p1
14Si283s2 3p2
15P313s2 3p3
16Si323s2 3p4
17Cl35.53s2 3p5
18Ar403s2 3p6
19K394s1
20Ca404s2
21Sc453d1 4s2
22Ti483d2 4s2
23V513d3 4s2
24Cr523d5 4s1
25Mn553d5 4s2
26Fe563d6 4s2
27Co593d7 4s2
28Ni593d8 4s2
29Cu63.53d10 4s1
30Zn65.53d10 4s2
31Ga69.74s2 4p1
32Ge72.64s2 4p2
33As754s2 4p3
34Se西794s2 4p4
35Br794s2 4p5
36Kr83.84s2 4p6
37Rb85.55s1
38Sr87.55s2
39Y894d1 5s2
40Zr914d2 5s2
41Nb934d4 5s1
42Mo964d5 5s1
43Tc984d5 5s2
44Ru1014d7 5s1
45Rh1034d8 5s1
序號符號中文讀音原子量外層電子
46Pd106.54d10
47Ag1084d10 5s1
48Cd112.54d10 5s2
49In1155s2 5p1
50Sn西118.55s2 5p2
51Sb1225s2 5p3
52Te127.55s2 5p4
53I1275s2 5p5
54Xe131.35s2 5p6
55Cs1336s1
56Ba137.36s2
57La1395d1 6s2
58Ce1404f1 5d1 6s2
59Pr1414f3 6s2
60Nd1444f4 6s2
61Pm1454f5 6s2
62Sm150.54f6 6s2
63Eu1524f7 6s2
64Gd1574f7 5d1 6s2
65Tb1594f9 6s2
66Dy162.54f10 6s2
67Ho1654f11 6s2
68Er1674f12 6s2
69Tm1694f13 6s2
70Yb1734f14 6s2
71Lu1754f14 5d1 6s2
72Hf178.55d2 6s2
73Ta1815d3 6s2
74W1845d4 6s2
75Re1865d5 6s2
76Os1905d6 6s2
77Ir1925d7 6s2
78Pt1955d9 6s1
79Au1975d10 6s1
80Hg200.65d10 6s2
81Tl204.56s2 6p1
82Pb2076s2 6p2
83Bi2096s2 6p3
84Po2096s2 6p4
85At2106s2 6p5
86Rn2226s2 6p6
87Fr2237s1
88Ra2267s2
89Ac2276d1 7s2
90Th2326d2 7s2
91Pa2315f2 6d1 7s2
序號符號中文讀音原子量外層電子
92U2385f3 6d1 7s2
93Np2375f4 6d1 7s2
94Pu2445f6 7s2
95Am2435f7 7s2
96Cm2475f7 6d1 7s2
97Bk2475f9 7s2
98Cf2515f10 7s2
99Es2525f11 7s2
100Fm2575s12 7s2
101Md2585f13 7s2
102No2595f14 7s2
103Lw2625f14 6d1 7s2
104Rf2616d2 7s2
105Db釒杜2706d3 7s2
106Sg釒喜2736d4 7s2
107Bh釒波2746d5 7s2
108Hs釒黑2726d6 7s2
109Mt釒麥2786d7 7s2

運動的電子

我們現在知道,電荷的最終攜帶著是組成原子的微小電子。在運動的原子中,每個繞原子核運動的電子都帶有一個單位的負電荷,而原子核裏面的質子帶有一個單位的正電荷。正常情況下,在物質中電子和質子的數目是相等的,它們攜帶的電荷相平衡,物質呈中型。物質在經過摩擦後,要麽會失去電子,留下更多的正電荷(質子比電子多)。要麽增加電子,獲得更多的負電荷(電子比質子多)。這個過程稱為摩擦生電。

自由電子(從原子沖逃逸出來的電子)能夠在導體的原子之間輕易移動,但它們在絕緣體中不行。于是,物體在摩擦時傳遞到導體上的電荷會被迅速中和,因為多餘的電子會從物質 表面流走,或者額外的電子會被吸附到物體表面上代替流失的電子。所以,無論摩擦多麽劇烈,金屬都不可能摩擦生電。但是,橡膠塑膠這樣的絕緣體,在摩擦之後,其表面就會留下電荷。

電子與巨觀物體的區別

(1)質量很小(9.109×10-31kg);

(2)電子帶負電荷;

(3)運動空間範圍小(直徑約10-10m) ;

(4)運動速度快(1.590×10^6 m/s)。電子的運動特征就與巨觀物體的運動有著極大的不同----它沒有確定的軌道。因此科學家主要採用建立模型的方法對電子的運動情況進行研究。

核外電子排布的規律

1.電子是在原子核外距核由近及遠、能量由低至高的不同電子層上分層排布;

電子

2.每層最多容納的電子數為n的平方的二倍個(n代表電子層數);

3.最外層電子數不超過8個(第一層不超過2個),次外層不超過18個。

4.電子一般總是盡先排在能量最低的電子層裏,即先排第一層,當第一層排滿後,再排第二層,第二層排滿後,再排第三層。

電子雲是電子在原子核外空間概率密度分布的形象描述,電子在原子核外空間的某區域內出現,好像帶負電荷的雲籠罩在原子核的周圍,人們形象地稱它為“電子雲”。它是 1926年奧地利學者薛定諤在德布羅伊關系式的基礎上,對電子的運動做了適當的數學處理,提出了二階偏微分的的著名的薛定諤方程式。這個方程式的解,如果用三維坐標以圖形表示的話,就是電子雲。

相關套用

在一次美國國家航空航天局的風洞試驗中,電子束射向太空梭的迷你模型,模擬返回大氣層時,太空梭四周的遊離氣體。

電子束科技,套用于焊接,稱為電子束焊接。這焊接技術能夠將高達 107 W cm^2 能量密度的熱能,聚焦于直徑為 0.3–1.3 mm 的微小區域。使用這技術,技工可以焊接更深厚的物件,限製大部分熱能于狹窄的區域,而不會改變附近物質的材質。為了避免物質被氧化的可能性,電子束焊接必須在真空內進行。不適合使用普通方法焊接的傳導性物質,可以考慮使用電子束焊接。在核子工程和航天工程裏,有些高價值焊接工件不能忍受任何缺陷。這時候,工程師時常會選擇使用電子束焊接來完成任務。

電子束平版印刷術是一種解析度小于一毫米的蝕刻半導體的方法。這種技術的缺點是成本高昂、程式緩慢、必須操作于真空內、還有,電子束在固體內很快就會散開,很難維持聚焦。最後這缺點限製住解析度不能小于 10 nm 。因此,電子束平版印刷術主要是用來製備少數量特別的積體電路。

技術使用電子束來照射物質。這樣,可以改變物質的物理性質或滅除醫療物品和食品所含有的微生物。做為放射線療法的一種,直線型加速器。製備的電子束,被用來照射淺表性腫瘤。由于在被吸收之前,電子束隻會穿透有限的深度(能量為 5–20 MeV 的電子束通常可以穿透 5 cm 的生物體),電子束療法可以用來醫療像基底細胞癌一類的皮膚病。電子束療法也可以輔助治療,已被X-射線照射過的區域。

粒子加速器使用電場來增加電子或正子的能量,使這些粒子擁有高能量。當這些粒子通過磁場時,它們會放射同步輻射。由于輻射的強度與自旋有關,因而造成了電子束的偏振。這過程稱為索克洛夫-特諾夫效應。很多實驗都需要使用偏振的電子束為粒子源。同步輻射也可以用來降低電子束溫度,減少粒子的動量偏差。一當粒子達到要求的能量,使電子束和正子束發生互相碰撞與湮滅,這會引起高能量輻射發射。探測這些能量的分布,物理學家可以研究電子與正子碰撞與湮滅的物理行為。

成像

低能電子衍射技術 (LEED) 照射準直電子束于晶體物質,然後根據觀測到的衍射圖案,來推斷物質結構。這技術所使用的電子能量通常在 20–200 eV 之間[83]。反射高能電子衍射(RHEED) 技術以低角度照射準直電子束于晶體物質,然後蒐集反射圖案,從而推斷晶體表面的資料。這技術所使用的電子的能量在 8–20 keV 之間,入射角度為 1–4° 。

電子顯微鏡將聚焦的電子束入射于樣本。由于電子束與樣本的相互作用,電子的性質會有所改變,像移動方向、相對相位和能量。細心地分析這些資料,即可得到解析度為原子尺寸的樣本影像。使用藍色光,普通的光學顯微鏡的解析度,因受到衍射限製,大約為 200 nm;相互比較,電子顯微鏡的解析度,則是受到電子的德布羅意波長限製,對于能量為 100 keV 的電子,解析度大約為 0.0037 nm。像差修正穿透式電子顯微鏡。能夠將解析度降到低于 0.05 nm ,足夠清楚地觀測個別原子。這能力使得電子顯微鏡成為,在實驗室裏,高解析度成像不可缺少的儀器。但是,電子顯微鏡的價錢昂貴,保養不易;而且由于操作時,樣品環境需要維持真空,科學家無法觀測活生物。

電子顯微鏡主要分為兩種類式:穿透式和掃描式。穿透式電子顯微鏡的操作原理類似高架式投影機,將電子束對準于樣品切片發射,穿透過的電子再用透鏡投影于底片或電荷耦合元件。掃描電子顯微鏡用聚焦的電子束掃描過樣品,就好像在顯示機內的光柵掃描。這兩種電子顯微鏡的放大率可從 100 倍到 1,000,000 倍,甚至更高。套用量子隧穿效應,掃描隧道顯微鏡將電子從尖銳的金屬針尖隧穿至樣品表面。為了要維持穩定的電流,針尖會隨著樣品表面的高低而移動,這樣,即可得到解析度為原子尺寸的樣本表面影像。

自由電子雷射

自由電子雷射將相對論性電子束通過一對波蕩器。每一個波蕩器是由一排交替方向的磁場的磁偶極矩組成。由于這些磁場的作用,電子會發射同步輻射;而這輻射會同調地與電子相互作用。當頻率匹配共振頻率時,會引起輻射場的強烈放大。自由電子雷射能夠發射同調的高輻射率的電磁輻射,而且頻域相當寬廣,從微波到軟 X-射線。不久的將來,這儀器可以套用于製造業、通訊業和各種醫療用途,像軟組織手術。

其它

陰極射線管的核心概念為,洛倫茲力定律的套用于電子束。陰極射線管廣泛的使用于實驗式儀器顯示器,電腦顯示器和電視。在光電倍增管內,每一個擊中光陰極的光子會因為光電效應引起一堆電子被發射出來,造成可探測的電流脈波。曾經在電子科技研發扮演重要的角色,真空管藉著電子的流動來操縱電子信號;但是,這元件現在已被電晶體一類的固態電子元件取代了。

電子天文學理論

在眾多解釋宇宙早期演化的理論中,大霹靂理論是比較能夠被物理學界廣泛接受的科學理論。在大霹靂的最初幾秒鍾時間,溫度遠遠高過100億K。那時,光子的平均能量超過1.022 MeV很多,有足夠的能量來創生電子和正電子對。

同時,電子和正電子對也在大規模地相互湮滅對方,並且發射高能量光子。在這短暫的宇宙演化階段,電子,正電子和光子努力地維持著微妙的平衡。但是,因為宇宙正在快速地膨脹中,溫度持續轉涼,在10秒鍾時候,溫度已降到30億K,低于電子-正電子創生過程的溫度底限100億K。因此,光子不再具有足夠的能量來創生電子和正電子對,大規模的電子-正電子創生事件不再發生。可是,電子和正電子還是繼續不段地相互湮滅對方,發射高能量光子。由于某些尚未確定的因素,在輕子創生過程(英語:leptogenesis (physics))中,創生的電子多于正電子。否則,假若電子數量與正電子數量相等,現在就沒有電子了!大約每10億個電子中,會有一個電子經歷了湮滅過程而存留下來。不隻這樣,由于一種稱為重子不對稱性的狀況,質子的數目也多過反質子。很巧地,電子存留的數目跟質子多過反質子的數目正好相等。因此,宇宙凈電荷量為零,呈電中性[63]。

電子

高能量光子能夠與原子核的庫侖場相互作用,從而創生電子和正電子。這過程稱為電子正電子成對產生。

光子-內部結構模型圖光子-內部結構模型圖

假若溫度高于10億K,任何質子和中子結合而形成的重氫,會立刻被高能量光子光解。在大霹靂後100秒鍾,溫度已經低于10億K,質子和中子結合而成的重氫,不再會被高能量光子光解,存留的質子和中子開始互相參予反應,形成各種氫的同位素和氦的同位素,和微量的鋰和鈹。這過程稱為太初核合成[64]。在大約1000秒鍾時,溫度降到低于4億K。核子與核子之間,不再能靠著高速度隨機碰撞的機製,克服庫侖障壁,互相接近,產生核聚變。因此,太初核合成過程無法進行,太初核合成階段大致結束。任何剩餘的中子,會因為半衰期大約為614秒的負貝塔衰變,轉變為質子,同時釋出一個電子和一個反電子中微子。

在以後的377,000年期間,電子的能量仍舊太高,無法與原子核結合。在這時期之後,隨著宇宙逐漸地降溫,原子核開始束縛電子,形成中性的原子。這過程稱為復合。在這相當快的復合過程時期之後,大多數的原子都成為中性,光子不再會很容易地與物質相互作用。光子也可以自由地移動于透明的宇宙[65]。

大霹靂的一百萬年之後,第一代恆星開始形成[65]。在恆星內部,恆星核合成過程的各種核聚變,會造成正電子的創生(參閱質子-質子鏈反應和碳氮氧迴圈)。這些正電子立刻會與電子互相湮滅,同時釋放伽馬射線。結果是電子數目穩定地遞減,跟中子數目對應地增加。恆星演化過程會合成各種各樣的放射性同位素。有些同位素隨後會經歷負貝塔衰變,同時發射出一個電子和一個反電子中微子結果是電子數目增加,跟中子數目對應地減少。例如,鈷-60(60Co)同位素會因衰變而形成鎳-60[66]。

質量超過20太陽質量的恆星,在它生命的終點,會經歷到引力坍縮,因而變成一個黑洞[67]。按照相對論理論,黑洞所具有的超強引力,足可阻止任何物體逃離,甚至電磁輻射也無法逃離。但是,物理學家認為,量子力學效應可能會允許電子和正電子創生于黑洞的事件視界,因而使得黑洞發射出霍金輻射,。

當一對虛粒子,像正電子-電子虛偶,創生于事件視界或其鄰近區域時,這些虛粒子的隨機空間分布,可能會使得其中一個虛粒子,出現于事件視界的外部。這過程稱為量子隧穿效應。黑洞的引力勢會供給能量,使得這虛粒子轉變為真實粒子,輻射逃離黑洞。這輻射程式稱為霍金輻射。在另一方面,這程式的代價是,虛偶的另一位成員得到了負能量。這會使得黑洞凈損失一些質能。霍金輻射的發射率與黑洞質量成反比;質量越小,發射率越大。這樣,黑洞會越來越快地蒸發。在最後的0.1秒,超大的發射率可以類比于一個大霹靂[68]。

高能量宇宙線入射于地球大氣層,造成了一陣持久的空中射叢。

電子

宇宙線是遨遊于太空的高能量粒子。物理學者曾經測量到能量高達3.0 × 1020 eV的粒子[69]。當這些粒子進入地球的大氣層,與大氣層的核子發生碰撞時,會創生一射叢的粒子,包括π介子[70]。渺子是一種輕子,是由π介子在高層大氣衰變而產生的。在地球表面觀測到的宇宙線,超過半數是渺子。半衰期為2.2微秒的渺子會因衰變而產生一個電子或正電子。

電子:電子是兩個電速奇子在萬有引力下盤旋耦合而成的,為電速奇子逃脫原子核後所成之虛像、外像。質量m≈9.1102x10-31kg。

具有逃逸速度的奇子垂直跌入團子的黃道或紅道,被其軌道上與轉子同步的聚子(與團子黃道、紅道中公轉轉子同速的聚子)撞擊逃逸而出,就成為電速奇子,電速奇子位于團子的類彗星軌道上,可以在重子、原子核之間越遷(多數隨重子、原子核振蕩接觸而越遷)。

團子7發出的電速奇子平均速度v≈17281813米/每秒。

常溫下物質運動達到某一速度,進入其中的同向自由奇子被物質團子中的同步聚子打出成同向電速奇子流,則此物質即帶電。導線中有電流時,線中無電子,線中電流為電速奇子在不同核子間躍遷所至,常見電速奇子在核子內平均速度為17281813米/每秒,而電速奇子多不能逃脫核子中團子之引力,多數位于團子、重子之偏心類彗星繞日軌道旋轉,主電流需借核子振蕩接觸方能前行,故電流在電線中傳導,主流速度小于等于此導線之聲速,故小城鎮晚間停電來電時,可見燈光逐見熄滅或點亮。    

發展趨勢

首先,平板電腦將繼續侵蝕筆電市場,微軟“視窗8”目前還沒能扭轉這一趨勢。消費者還不會放棄購買筆電,但會延長產品的更新周期,將平板電腦列為首要購買對象。平板電腦將逐漸取代單一的電子閱讀器。

第二,以蘋果公司為代表的軟硬體整合浪潮將繼續席卷,各大公司將把自己品牌設備的硬體、作業系統、核心套用和網路生態環境都掌握在手中。谷歌在完成收購摩托羅拉移動後將進一步向這個整合模式發展;而在推出自己生產的Surface平板之後,微軟如果宣布推出自主品牌的手機也不會讓人感到驚奇。

第三,智慧型電視。盡管現在三星等品牌的電視機已經可以接入網際網路、觀看網路影片,但這些產品還稍顯“笨拙”,所謂“智慧型電視”的功能還沒能被廣大消費者接受。業內和消費者最期待的蘋果智慧型電視有望在2013年推出,重新定義電視觀看體驗、更為流暢地融合有線電視和網路內容。

第四,價格低廉的智慧型手機和流量計畫。盡管智慧型手機越來越普及,但服務價格還是較為昂貴,每月的通話及流量費用輕易就能突破100美元。使用谷歌安卓系統及微軟系統的智慧型手機在保證品質的情況下,有望在2013年降價。已有美國運營商開始提供每月19美元無限量通話、簡訊和流量的計畫。

第五,音質更佳、價格不菲的便攜音樂播放器。很多藝術家都抱怨現在的數位音樂缺乏錄音棚裏音樂原有的豐富質感,2013年可能流行能播放高質量數位音樂的便攜播放器。這種設備播放音樂檔案的大小可能是目前音樂檔案的10到20倍。如韓國iRiver公司已推出一種售價達700美元、可以播放HIFI音樂(高保真)的播放器。

第六,健康監測設備。2013年將有更多可以隨時計步和對睡眠狀況、心率等健康指標進行監測的手環、手表等電子設備出現。

第七,網際網路控製家電。2013年預計將有更多的應用程式和設備讓消費者通過低耗能的網路、智慧型手機或平板電腦,對電燈、家用電器等日常物件進行無線控製。

除了以上這些趨勢,人們對雲計算也就是遠程伺服器的依賴將進一步增強,這將對日常生活、行業發展產生持久的影響。

其他資料

電子 觀測

遠距離地觀測電子的各種現象,主要是依靠探測電子的輻射能量。例如,在像恆星日冕一類的高能量環境裏,自由電子會形成一種藉著製動輻射來輻射能量的等離子。電子氣體的等離子振蕩。是一種波動,是由電子密度的快速震蕩所產生的波動。這種波動會造成能量發射。天文學家可以使用無線電望遠鏡來探測這能量。

根據普朗克關系式,光子的頻率與能量成正比。當一個束縛電子躍遷于原子的不同能級的軌域之間時,束縛電子會吸收或發射具有特定頻率的光子。例如,當照射寬頻光譜的光源于原子時,很明顯特別的吸收光譜會出現于透射輻射的光譜。每一種元素或分子會顯示出一組特別的吸收光譜,像氫光譜。光譜學專門研究測量這些譜線的強度和寬度。細心分析這些資料,即可得知物質的組成元素和物理性質。

在實驗室操控條件下,電子與其它粒子的相互作用,可以用粒子探測器。來仔細觀察。電子的特征性質,像質量、自旋和電荷等等,都可以加以測量檢驗。四極離子阱和潘寧阱。可以長時間地將帶電粒子限製于一個很小的區域。這樣,科學家可以準確地測量帶電粒子的性質。例如,在一次實驗中,一個電子被限製于潘寧阱的時間長達 10 個月之久。1980 年,電子磁矩的實驗值已經準確到 11 個位數。在那時候,是所有測得的物理常數中,最準確的一個。

于2008 年2 月,隆德大學的一組物理團隊首先拍攝到電子能量分布的視訊影像。科學家使用非常短暫的閃光,稱為阿托秒。脈沖,率先捕捉到電子的實際運動狀況。

在固態物質內,電子的分布可以用角分辨光電子譜來顯像。套用光電效應理論,這科技照射高能量輻射于樣品,然後測量光電發射的電子動能分布和方向分布等等資料。仔細地分析這些資料,即可推論固態物質的電子結構。

實驗證實電子可分裂

新華社倫敦09年8月2日電(記者黃堃)英國研究人員最近通過實驗證實了電子可分裂為自旋子和空穴子的理論假設,這一進展將有助于研製下一代量子電腦。 英國劍橋大學日前發布新聞公報說,該校研究人員和伯明翰大學的同行合作完成了這項研究。公報稱,電子通常被認為不可分。但1981年有物理學家提出,在某些特殊條件下電子可分裂為帶磁的自旋子和帶電的空穴子。 劍橋大學研究人員將極細的“量子金屬絲”置于一塊金屬平板上方,控製其間距離為約30個原子寬度,並將它們置于約零下273攝氏度的超低溫環境下,然後改變外加磁場,發現金屬板上的電子在通過量子隧穿效應跳躍到金屬絲上時分裂成了自旋子和空穴子。 研究人員說,人們對電子性質的研究曾掀起了半導體革命,使電腦產業飛速發展,現在又出現了實際研究自旋子和空穴子性質的機會,這可能會促進下一代量子電腦的發展,帶來新一輪的電腦革命。

電子層

電子層又稱電子殼或電子殼層,是原子物理學中,一組擁有相同主量子數n原子軌道。電子層組成為一粒原子的電子序。這可以證明電子層可容納最多電子的數量為2n

電子

亨利·莫塞萊和巴克拉的X射線吸收研究首次于實驗中發現電子層。巴克拉把它們稱為KL和、M(以英文子母排列)等電子層(最初 K 和 L 電子層名為 B 和 A,改為 K 和 L 的原因是預留空位給未發現的電子層)。這些字母後來被n值1.2.3等取代。它們被用于分光鏡的西格班記號法。

電子層的名字起源于波耳模型中,電子被認為一組一組地圍繞著核心以特定的距離旋轉,所以軌跡就形成了一個殼。

電子並非基本粒子

100多年前,當美國物理學家Robert Millikan首次通過實驗測出電子所帶的電荷為1.602E-19C後,這一電荷

電子

值變被廣泛看作為電荷基本單元。然而如果按照經典理論,將電子看作“整體”或者“基本”粒子,將使我們對電子在某些物理情境下的行為感到極端困惑,比如當電子被置入強磁場後出現的非整量子霍爾效應。為了解決這一難題,1980年,美國物理學家Robert Laughlin提出一個新的理論解決這一迷團,該理論同時也十分簡潔地詮釋了電子之間復雜的相互作用。然而接受這一理論確是要讓物理學界付出“代價”的:由該理論衍生出的奇異推論展示,電流實際上是由1/3電子電荷組成的。

電子是物質的相對基本形式,同質子相比是一種相對單純的存在,同質子不在一個級別,是質子的下一級別。通過撞擊,電子可以產生任何形式的基本粒子。

在一項新的實驗中,Weizmann機構的科學家設計出精妙的方法去檢驗這一非整電子電荷是否存在。該實驗將能很好地檢測出所謂的“撞擊背景噪聲”,這是分數電荷存在的直接證據。科學家將一個有電流通過的半導體浸入高強磁場,非整量子霍爾效應隨之被檢測出來,他們又使用一系列精密的儀器排除外界噪聲的幹擾,該噪聲再被放大並分析,結果證實了所謂的“撞擊背景噪聲”的確來源于電子,因而也證實了電流的確是由1/3電子電荷組成。由此他們得出電子並非自然界基本的粒子,而是更“基本”更“簡單”且無法再被分割的亞原子粒子組成。

得失

當最外層電子數為8,最內層電子數為2時,該原子就形成為相對穩定結構了【氦除外,氦的電子數為2但也是相對穩定結構】,不易發生化學反應,稀有氣體一般都為相對穩定結構,所以不易發生化學反應,而非稀有氣體能夠通過化學變化實現成為相對穩定結構,金屬元素的最外層電子數一般<4,易失電子,而非金屬元素的最外層電子數一般>4,易得電子。註:電子不能隨意拋給大自然。例如氯化鈉【即食鹽】,氯的最外層電子數是7,易得電子1個電子,鈉的最外層電子數為1易失去一個電子,氯和鈉發生化學反應時,鈉將最外層電子給了氯,此時鈉和氯的電子電荷數都不等于原子核的電荷數了,鈉由于丟了一個電子就帶了一個正電荷了,而氯由于得了一個電子,就帶了一個負電荷,此時的氯和鈉都不能算是原子了,隻能說是氯離子和鈉離子了。根據物理學,正負相吸,氯和鈉就將吸在一起,形成氯化鈉,大多數的化合物都是這樣結合的。

各種元素電子一般得失情況可以通過化學價來表達,如鈉一般失掉一個電子顯+1【正一】價,那麽鈉的化合價就是+1價,這是一些常見元素的根和根的化合價:

元素和根的符號常見的化合價元素和根的符號常見的化合價元素和根的符號常見的化合價
k+1Mn+2+4 +6+7Si+4
Na+1Zn+2N-3+2+3+4+5
Ag+1H+1P-3+3+5
Ca+2F-1OH-1
Mg+2Cl-1+1+5+7NO3-1
Ba+2Br-1So4-2
Cu+1+2O-2Co3-2
Fe+2+3S-2+4+6NH4+1
Al+3C+2+4

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