相似電子流交換

相似電子流交換是一種最小的帶電粒子。它也是最早被人們發現的基本粒子。帶負電，電量為，1.602189×10-19庫侖。是電量的最小單元。質量為9.10953×10-28克。常用符號e表示。電子在原子中，圍繞於原子核外，其數目與核內的質子數相等，亦等於原子序數。導線中電流的產生即是電子流動的結果。

基本介紹

• 中文名：相似電子流交換
• 實質：一種最小的帶電粒子
• 特性：正電子的質量和電子相等
• 概念：組成單質和化合物分子的最小粒子
• 電量：1.602189×10-19庫侖

電子

概念

一安培的電流相當於每秒通過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），從而製造出各種電子儀器和元件，如各種電子管，電子顯像管等。

特性

正電子的質量和電子相等，它的電量的數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的關係為

這裡v是電子運動速度，c是光速，這就是相對論的公式。

原子

概念

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，原子核不發生變化。只有在核反應中原子核才發生變化。

湯姆遜的原子核模型

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於球狀原子內，原子大小乃是此正電荷球之大小，電子則埋藏於此正電荷中，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射電磁輻射，故根據湯姆生模型，便可了解受激原子會發射電磁輻射的性質。在實際計算其可能發射的輻射能譜，即發現此模型所導致的結果，與實驗觀察到的能譜在數值上並不相符。1911年盧瑟福對原子核散射a粒子的實驗加以分析之後，便得出湯姆生模型不正確的結論。盧瑟福分析的結果表明，正電荷並非布滿在整個原子內，而是集中在原子中心的極小區域，或原子核內，就此，湯姆生的原子模型便被廢棄了。

a粒子的散射

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粒子的數目，加以分析後，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，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，它是原子物理髮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，可由理論力學套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）為下式決定：

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。對於不同的“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，並設單位時間內通過單位橫截面的粒子數為n0。我們可以計算單位時間內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的環的面積中的粒子如圖5-3所示。這樣的粒子數目等於n。dS，式中dS為環的面積。如果金屬箔每單位面積有N個原子，則單位時間內其偏轉角在θ與θ+dθ之間的a粒子的總數為

dn=n0NdS

此關係式是在每一個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的。環的面積dS近似地等於2πPdP。所以有

dn=2πn0NPdP

式中Z是原子核的電荷數（原子序數）。dn表示單位時間內散射角在已知值θ與θ+dθ之間的粒子數目。換句話說dn是單位時間內在開放角為2θ和2（θ+dθ）的二錐體之間的空間內飛行的a粒子數目。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的區域，如圖 5-4所示的陰影部分。所有dn個粒子都射在這區域的面積上。因而落在單位面積上的粒子數目

實驗的結果完全證實了理論的這一結論。