Lexikon: Elektron

 

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Elektron
Klassifikation
Elementarteilchen
Fermion
Lepton
Eigenschaften
Elektrische Ladung|Ladung e =

-1,602 176 462(63)·10-19 Coulomb (Einheit)|C

Ruhemasse m_{\rm e} u =

9,109 381 88(72)·10-31 Kilogramm|kg

Ruheenergie MeV =

8,187 104 14(64)·10-14 Joule|J

magnetisches Moment \vec{\mu_{\rm b}} J Tesla (Einheit)|T-1

Spin 1/2
g-Faktor 2,002 319 304 3718(75)
Lebensdauer stabil

Elektronen sind winzige, negativ geladene Elementarteilchen. Ihr Symbol ist e-. Sie bilden die Elektronenhülle der e (und Ion (Chemie)|Ionen). Ihre freie Beweglichkeit in en ist die Ursache für die elektrische Leitfähigkeit von metallischen Leiter (Physik)|Leitern.

Elektronen gehören zu den Fermionen (Spin = 0.5) und als solches zur Unterklasse der Leptonen. Ihre Antiteilchen sind die Positronen, Symbol e+, mit denen sie bis auf ihre Elektrische Ladung|elektrische Ladung in allen Eigenschaften übereinstimmen.

Der Experiment|experimentelle Nachweis von Elektronen gelang erstmals im Jahre 1897 durch den Briten Joseph John Thomson.

Der Name kommt vom Griechische Sprache|griechischen Wort elektron(ηλεκτρον) und bedeutet Bernstein, denn an ihm wurde die erstmals beobachtet. Reibt man Bernstein beispielsweise mit einem Hauskatze|Katzenfell, so lädt es sich elektrisch auf. Die Bezeichnung Elektron für die Ladungseinheit führte George Johnstone Stoney ein (Philosophical Magazine 40 (1895), 372).

Ein Elektron ist ein „Mikroobjekt“, d. h., dass es, ähnlich wie Licht, Welle_(Physik)|Wellen- und Teilchencharakter hat. Daraus folgt, dass es der Heisenbergschen Unschärferelation unterliegt. In einem Atom wird das Elektron meist als stehende Materiewelle betrachtet.

Elektronen können in polaren Lösungsmitteln wie Wasser oder Alkoholen in Lösung gehen. Diese Spezies wird als Solvatisiertes Elektron bezeichnet. Bei Lösung von Alkalimetallen in ist sie für die starke Blaufärbung verantwortlich.


Diese Größen werden durch das Magnetisches Moment|magnetische Moment des Elektronenspins miteinander verknüpft: \vec{\mu_{\rm s}}=-g_{\rm s}\frac{e}{2m_{\rm e}}\vec{s} . Dabei ist \vec{\mu_{\rm s}} das magnetische Moment des Elektronenspins, m_{\rm e} die Ruhemasse des Elektrons, e seine Ladung und \vec{s} der Spin. g_{\rm s} heißt Landé-Faktor|Landé- oder g-Faktor. Fasst man den Term vor \vec s zusammen, so erhält man das Verhältnis aus magnetischem Moment zum Spin, bezeichnet als gyromagnetisches Verhältnis des Elektrons. Für das Elektron ist nach der Dirac-Gleichung|Dirac-Theorie (relativistische Quantenmechanik) der theoretische Wert von g_{\rm s} exakt gleich zwei. Effekte der Quantenelektrodynamik bewirken jedoch eine (geringfügige) Abweichung des Wertes für g_{\rm s} von zwei.

Elektronen bilden mit Protonen und en die e. Während die beiden letztgenannten Teilchen den Kern bilden, befinden sich die Elektronen in der Atomhülle. Elektronen sind sehr viel leichter als Protonen und Neutronen, etwa um den Faktor 1800.

In der Kathodenstrahlröhre bzw. Braunsche Röhre|Braunschen Röhre treten Elektronen aus einer beheizten Glühkathode aus und werden im durch ein elektrisches Feld in Feldrichtung (in Richtung der positiven ) Beschleunigung|beschleunigt. Durch er werden die Elektronen senkrecht zur Feldrichtung abgelenkt. Diese Eigenschaften der Elektronen haben erst die Entwicklung des s und des Computermonitors sowie ihre Nutzung in technologischen Anwendungen (Elektronenkanone) ermöglicht.

Die Masse (Physik)|Masse eines ruhenden Elektrons ist immer konstant. Bei bewegten Elektronen (und ein Elektron ist unter normalen Bedingungen immer in Bewegung) muss die Massenzunahme der berücksichtigt werden. An Elektronen kann diese Massenzunahme gut beobachtet werden, da sie sich leicht aufgrund ihrer Ladung auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigen lassen. Die Masse kann dann durch Ablenkung in einem Magnetfeld bestimmt werden.

Nach den theoretischen Darstellungen der Quantenelektrodynamik wird das Elektron als Punktteilchen, ohne endliche Ausdehnung angenommen. In guter Übereinstimmung damit ergaben Elektron-Elektron Streuexperimente an Teilchenbeschleunigern eine maximale Elektronengröße von 10-19 m.

Von der Größe zu unterscheiden ist der Wirkungsquerschnitt. Bei der Streuung von Röntgenstrahlen an Elektronen erhält man einen Wirkungsquerschnitt der einem effektiven Elektronenradius von etwa 3·10-15 m entspräche. Dieselbe Größenordnung ergäbe sich bei einer klassischen (nicht quantentheoretischen) Beschreibung des Elektrons unter den Annahmen:

  1. Elektronen sind kugelförmig, sie bilden einen Kugelkondensator
  2. Die Ladung ist an der Oberfläche verteilt
  3. Die potentielle Energie der Ladung entspricht der Ruheenergie m_{\rm e} c^2.



Weblinks

  • Tabellenwerte vom NIST: http://physics.nist.gov/constants
  • Tabellenwerte von CODATA: www.codata.org


Siehe auch: Myon, Tauon, Elektronenstoß, Positron

Kategorie:Bernstein Kategorie:Elementarteilchen Kategorie:Elektrotechnik

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