相似電子流交換原子

組成單質和化合物分子的最小粒子。不同元素的原子具有不同的平均質量和原子結構。原子是由帶正電的原子核和圍繞核運動的、與核電荷核數(shù)相等的電子所組成。原子的質量幾乎全部集中在原子核上。在物理化學反應中，原子核不發(fā)生變化。只有在核反應中原子核才發(fā)生變化。

湯姆遜的原子核模型是最早提出的原子核模型，他認為:構成原子的正電荷是均勻分布于球狀原子內(nèi)，原子大小乃是此正電荷球之大小，電子則埋藏于此正電荷中，當電子受到外界激勵時，它即以平衡位置為中心作振動而發(fā)射光。當a粒子穿過此原子時，a粒子將受到散射，因電子質量很小，這項散射之主要原因是正電荷之斥力作用。由電磁理論預示加速的帶電物體如振動的電子等會發(fā)射電磁輻射，故根據(jù)湯姆生模型，便可了解受激原子會發(fā)射電磁輻射的性質。在實際計算其可能發(fā)射的輻射能譜，即發(fā)現(xiàn)此模型所導致的結果，與實驗觀察到的能譜在數(shù)值上并不相符。1911年盧瑟福對原子核散射a粒子的實驗加以分析之后，便得出湯姆生模型不正確的結論。盧瑟福分析的結果表明，正電荷并非布滿在整個原子內(nèi)，而是集中在原子中心的極小區(qū)域，或原子核內(nèi)，就此，湯姆生的原子模型便被廢棄了。

1911年盧瑟福等人用a粒子(He的原子核)射擊重的金屬箔，結果大部分a粒子穿過了金屬箔而很少改變其運動方向，一少部分a粒子被分別散射到不同的方向上。他們測定了不同散射角中a粒子的數(shù)目，加以分析后，得出如下結論:原子是由一個很小的核心(原子核)和圍繞著它運動的電子構成(原子行星模型)，原子核所帶電荷量為Ze(Z為該金屬的原子序數(shù)，e為電子的電荷)，其線度約為原子的十萬分之一，一般為10-13~10-12厘米，a粒子散射，又稱為盧瑟福散射，它是原子物理發(fā)展中最早期的重要實驗之一。圖5-1所示描述了a粒子通過重金屬箔的散射情況。假設距原子核很遠的地方，a粒子沿直線ab以速度V運動，以P表示直線ab與原子中心O(即原子的正電荷E所在的地方)的最短距離。P被稱為"瞄準"距離，可由理論力學應用電學知識計算證明，在a粒子與電荷E之間存在著庫侖相互作用力的情況下，a粒子沿雙曲線運動。而a粒子軌道的偏轉角θ(雙曲線的漸近線之間的角)為下式?jīng)Q定:

式中M是a粒子的質量，重金屬原子核的質量和a粒子的質量相比較，可以看作是無窮大。由上式可知，"瞄準"距離P愈小，偏轉角θ愈大。對于不同的"瞄準"距離，a粒子的軌道形狀可有如圖5-2所示

能被彈回。這種情況往往稱為a粒子背向散射。假定一束平行的a粒子穿過金屬箔，并設單位時間內(nèi)通過單位橫截面的粒子數(shù)為n0。我們可以計算單位時間內(nèi)有多少個粒子的偏轉角是在給定的θ與θ+dθ之間。設偏轉角θ與"瞄準"距離P對應，而偏轉角θ+dθ與"瞄準"距離P-dP對應。在此情況下，偏轉角在0~θ+dθ之間的粒子，是那些穿過以A為中心，以P為半徑所作的寬為dP的環(huán)的面積中的粒子如圖5-3所示。這樣的粒子數(shù)目等于n。dS，式中dS為環(huán)的面積。如果金屬箔每單位面積有N個原子，則單位時間內(nèi)其偏轉角在θ與θ+dθ之間的a粒子的總數(shù)為

dn=n0NdS

此關系式是在每一個a粒子只偏轉一次的條件下才正確，而這個條件在金屬箔足夠薄時是能夠實現(xiàn)的。環(huán)的面積dS近似地等于2πPdP。所以有

dn=2πn0NPdP

式中Z是原子核的電荷數(shù)(原子序數(shù))。dn表示單位時間內(nèi)散射角在已知值θ與θ+dθ之間的粒子數(shù)目。換句話說dn是單位時間內(nèi)在開放角為2θ和2(θ+dθ)的二錐體之間的空間內(nèi)飛行的a粒子數(shù)目。如果我們以這兩個錐體的頂點c為球心，作一半徑為r的球，則這兩個錐體在球面上截出的面積為2πrsinθ·rdθ=2πr2sinθ· dθ的區(qū)域，如圖 5-4所示的陰影部分。所有dn個粒子都射在這區(qū)域的面積上。因而落在單位面積上的粒子數(shù)目

實驗的結果完全證實了理論的這一結論。

一安培的電流相當于每秒通過6.24×1018個電子。利用電場和磁場，能按照人們的要求控制電子的運動(特別是在真空中)，從而制造出各種電子儀器和元件，如各種電子管，電子顯像管等。

正電子的質量和電子相等，它的電量的數(shù)值和電子相等而符號相反，即帶正電。一個電子和一個正電子相遇會發(fā)生湮沒而轉化為一對光子，即

一對正負電子，常稱為正負電子對(電子偶)。能量超過1.02MeV(兆電子伏特)的光子穿過鉛板時，會產(chǎn)生電子一正電子對，這個反應表示為

電子的運動質量m與靜止質量m0的關系為

這里v是電子運動速度，c是光速，這就是相對論的公式。