电子包括什么作用?
电子是构成原子的基本粒子之一,质量极小,电量极大。由于带电荷的数量和种类不同,电子有负电荷、电子、阳离子等几种;同样,因为能量状态的不同,电子还有低能电子、高能电子之分。 自然界中的一切物体都在不停的运动并发出电磁波(包括无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线及伽玛射线等)。运动电荷会周围产生磁场,而变化磁场又会产生电荷,这样在电场和磁场间就形成了感应。 如果电场的强度和磁场的方向相互垂直,那么他们之间的感应电动势就被限制在一个极限值之内,这就是法拉第电磁感应定律。根据这个原理,1831年英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象——当闭合电路的一部分作切割磁力线运动时,电路中就会产生电流。 这个发现使得人们能够在没有电流通过时,利用电动机的动力产生电磁以驱动其他机械装置进行工作或提供电力。随着科学技术的发展,各种各样的电池被发明出来。到了十九世纪后期,人们已经能够非常精确的控制电磁过程,从而制造出性能优异的电动机。 将几个线圈串联起来,如果其中某个线圈的电阻为零,那么在其余线圈中有恒定的感应电动势。这种情况称为环路电流。这种可以通过改变零电阻线圈的个数来调节电流的方法被称为变压器的原理。经过一系列复杂的变换,变压器可以把输入端子处的电压变成另一种形式,把输入端子处很小的电流变为输出端子处可以自由使用的电能。 从变压器的原理中还可以看出,如果使两个线圈互绕并且同时插入一个电路中,那么他们在其中会产生耦合作用,从而使彼此间的电流变大。这种相互作用被称为电磁耦合。 根据电磁耦合的原理,人们可以制作各种类型的天线,用来发送和接收电磁波。
电子是电荷、自旋和质量的最基本的单位承担者之一。电子一词源自于希腊语的ēlektron,意为琥珀,也是“电”字的语源。它是一种亚原子粒子,几乎参与所有的化学反应。电子在标准模型中是一组最轻的粒子——轻子的一员。正电子是电子的反粒子。电子的荷质比是现有已知粒子中最大的,因此其运动受到电磁场和引力场影响最大,同时也是最不稳定的粒子之一(注意这里的运动指的是参与各种变换,而不单指空间位移)。例如可以在极微弱的γ射线照射下发生光电效应。
从物理学的角度上讲,人类对电子性质的认识经历了一个不断完善和细化的过程。1733年,法国科学家迪费发现摩擦时,用过的玻璃棒与未经摩擦的蜡相吸,而用蜡经过摩擦后又能与未经摩擦的玻璃相吸。迪费由此提出,自然界中存在两种电。在法语中静电力,玻璃经过摩擦后获得的与未摩擦的蜡相吸的电,叫正电;蜡经过摩擦后获得的与未摩擦的玻璃相吸的,叫负电。英国科学家富兰克林根据摩擦起电的两种电的某些不同性质,把使水银口扩张的电规定为正电,使水银口收缩的电规定为负电(现在了解了这两种电后证明是和迪费规定是一致的)。
1897年,英国科学家汤姆逊在研究阴极射线时确定了电子的真实面目。汤姆逊发现了电子,是物理学上具有革命性的重大发现,他的这一发现开创了物理学的新领域——微观粒子物理学,推动了原子物理学的发展,标志着物理学正在从宏观物理学进入微观物理学。电子的发现,是对以牛顿经典力学为代表的传统的“元素主义还原论”、“原子主义还原论”和经典物理学的重大挑战。汤姆逊在发现电子的11年后,便荣获了诺贝尔物理学奖。