相似電子流交換原子

組成單質(zhì)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(zhì)量和原子結(jié)構(gòu)。原子是由帶正電的原子核和圍繞核運(yùn)動(dòng)的、與核電荷核數(shù)相等的電子所組成。原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核上。在物理化學(xué)反應(yīng)中，原子核不發(fā)生變化。只有在核反應(yīng)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(rèn)為:構(gòu)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(dāng)電子受到外界激勵(lì)時(shí)，它即以平衡位置為中心作振動(dòng)而發(fā)射光。當(dāng)a粒子穿過(guò)此原子時(shí)，a粒子將受到散射，因電子質(zhì)量很小，這項(xiàng)散射之主要原因是正電荷之斥力作用。由電磁理論預(yù)示加速的帶電物體如振動(dòng)的電子等會(huì)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(huì)發(fā)射電磁輻射的性質(zhì)。在實(shí)際計(jì)算其可能發(fā)射的輻射能譜，即發(fā)現(xiàn)此模型所導(dǎo)致的結(jié)果，與實(shí)驗(yàn)觀察到的能譜在數(shù)值上并不相符。1911年盧瑟福對(duì)原子核散射a粒子的實(shí)驗(yàn)加以分析之后，便得出湯姆生模型不正確的結(jié)論。盧瑟福分析的結(jié)果表明，正電荷并非布滿(mǎn)在整個(gè)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(jié)果大部分a粒子穿過(guò)了金屬箔而很少改變其運(yùn)動(dòng)方向，一少部分a粒子被分別散射到不同的方向上。他們測(cè)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(jié)論:原子是由一個(gè)很小的核心(原子核)和圍繞著它運(yùn)動(dòng)的電子構(gòu)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(wàn)分之一，一般為10-13~10-12厘米，a粒子散射，又稱(chēng)為盧瑟福散射，它是原子物理發(fā)展中最早期的重要實(shí)驗(yàn)之一。圖5-1所示描述了a粒子通過(guò)重金屬箔的散射情況。假設(shè)距原子核很遠(yuǎn)的地方，a粒子沿直線ab以速度V運(yùn)動(dòng)，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(chēng)為"瞄準(zhǔn)"距離，可由理論力學(xué)應(yīng)用電學(xué)知識(shí)計(jì)算證明，在a粒子與電荷E之間存在著庫(kù)侖相互作用力的情況下，a粒子沿雙曲線運(yùn)動(dòng)。而a粒子軌道的偏轉(zhuǎn)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(zhì)量，重金屬原子核的質(zhì)量和a粒子的質(zhì)量相比較，可以看作是無(wú)窮大。由上式可知，"瞄準(zhǔn)"距離P愈小，偏轉(zhuǎn)角θ愈大。對(duì)于不同的"瞄準(zhǔn)"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(chēng)為a粒子背向散射。假定一束平行的a粒子穿過(guò)金屬箔，并設(shè)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位橫截面的粒子數(shù)為n0。我們可以計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)有多少個(gè)粒子的偏轉(zhuǎn)角是在給定的θ與θ+dθ之間。設(shè)偏轉(zhuǎn)角θ與"瞄準(zhǔn)"距離P對(duì)應(yīng)，而偏轉(zhuǎn)角θ+dθ與"瞄準(zhǔn)"距離P-dP對(duì)應(yīng)。在此情況下，偏轉(zhuǎn)角在0~θ+dθ之間的粒子，是那些穿過(guò)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(gè)原子，則單位時(shí)間內(nèi)其偏轉(zhuǎn)角在θ與θ+dθ之間的a粒子的總數(shù)為

dn=n0NdS

此關(guān)系式是在每一個(gè)a粒子只偏轉(zhuǎn)一次的條件下才正確，而這個(gè)條件在金屬箔足夠薄時(shí)是能夠?qū)崿F(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(shí)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(huà)說(shuō)dn是單位時(shí)間內(nèi)在開(kāi)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(gè)錐體的頂點(diǎn)c為球心，作一半徑為r的球，則這兩個(gè)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(gè)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(shí)驗(yàn)的結(jié)果完全證實(shí)了理論的這一結(jié)論。

一安培的電流相當(dāng)于每秒通過(guò)6.24×1018個(gè)電子。利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)，能按照人們的要求控制電子的運(yùn)動(dòng)(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(zhì)量和電子相等，它的電量的數(shù)值和電子相等而符號(hào)相反，即帶正電。一個(gè)電子和一個(gè)正電子相遇會(huì)發(fā)生湮沒(méi)而轉(zhuǎn)化為一對(duì)光子，即

一對(duì)正負(fù)電子，常稱(chēng)為正負(fù)電子對(duì)(電子偶)。能量超過(guò)1.02MeV(兆電子伏特)的光子穿過(guò)鉛板時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子一正電子對(duì)，這個(gè)反應(yīng)表示為

電子的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量m與靜止質(zhì)量m0的關(guān)系為

這里v是電子運(yùn)動(dòng)速度，c是光速，這就是相對(duì)論的公式。