Elektron

Daripada Wikipedia, ensiklopedia bebas.
Lompat ke: pandu arah, cari
Elektron
Beberapa orbital elektron dalam atom hidrogen ditunjukkan pada keratan rentas dengan berketumpatan kebarangkalian berkod warna
Klasifikasi
Zarah Keunsuran
Fermion
Lepton
Generasi Pertama
Elektron
Ciri-ciri
Jisim: 9.109 3826(16) × 10−31 kg
11836.152 672 61(85) uja
0.510 998 918(44) MeV/c2
Cas Elektrik: −1.602 176 53(14) × 10−19 C
Spin: ½
Cas Warna: tiada
Salingtindak: Graviti, Elektromagnetan,
Lemah

Elektron adalah satu zarah subatom keunsuran berjisim ringan yang membawa cas negatif cas elektrik. Electron mempunyai spin 1/2 (fermion), tidak terlibat di dalam salingtindak kuat (lepton) dan tidak mempunyai substruktur. Bersama-sama dengan nukleus atom , elektron membina atom-atom; mereka bertanggungjawab kepada ikatan kimia. Pengaliran elektrik dalam pengalir (pengkonduksi) pepejal adalah disebabkan pergerakan elektron-elektron.


Pendahuluan[sunting | sunting sumber]

Dalam sesuatu atom, elektron mengelilingi nukleus atom bagi proton dan neutron dalam tatarajah elektron. Perkataan elektron yang dicipta pada tahun 1894 berasal daripada istilah daya elektrik yang diperkenalkan oleh William Gilbert. Asalnya ialah ήλεκτρον (elektron), sepatah perkataan Yunan yang membawa maksud ambar.

Elektron-elektron yang bergerak menghasilkan arus elektrik yang boleh dipergunakan oleh ahli-ahli sains dan jurutera-jurutera untuk mengukur banyak sifat fizik. Arus elektrik wujud untuk tempoh yang terbatas dan menghasilkan elektrik (pergerakan cas) yang boleh dimanfaatkan sebagai cara yang praktik untuk melakukan kerja.

Pemahamanan tentang elektron-elektron telah berubah secara dramatik sejak beberapa abad yang lalu, dengan perubahan yang paling penting mungkin merupakan perkembangan mekanik kuantum pada abad ke-20 dan idea kedualan zarah-gelombang, iaitu elektron menampilkan kedua-dua sifat zarah dan gelombang. Yang serupa penting, fizik zarah telah meluaskan pemahaman kita terhadap elektron secara tidak terhingga.

Perubahan-perubahan dalam medan elektrik yang dijanakan oleh bilangan-bilangan elektron yang berbeza dan tatarajah-tatarajah atomnya menentukan sifat kimia unsur-unsur. Medan-medan ini memainkan peranan yang asas dalam ikatan-ikatan kimia dan kimia.

Secara praktis[sunting | sunting sumber]

Pengelasan[sunting | sunting sumber]

Elektron merupakan salah satu kelas zarah subatom yang dipanggil sebagai lepton. Lepton dipercayai merupakan zarah keunsuran, iaitu zarah ini tidak boleh dipecahkan lagi menjadi unsur-unsur juzuk. Bagaimanapun, istilah "zarah" adalah agak mengelirukan kerana mekanik kuantum menunjukkan bahawa elektron-elektron juga bertindak sebagai gelombang, umpamanya dalam ujikaji celah ganda dua; ini dipanggil sebagai kedualan zarah-gelombang.

Antizarah untuk elektron ialah positron yang mempunyai jisim yang sama, tetapi mempunyai cas positif dan bukannya cas negatif. Carl D. Anderson, penemu positron, mencadangkan nama negatron untuk elektron piawai, dan nama elektron sebagai istilah generik untuk memerihalkan kedua-dua kelainan cas positif serta cas negatif. Bagaimanapun, kegunaan istilah ini tidak mendapat sambutan, dan amat jarang ditemukan pada hari ini.

Ciri-ciri dan telatah[sunting | sunting sumber]

Elektron mempunyai cas negatif, dengan magnitud −1.6 × 10−19  C dan jisim elektron ialah 9.11 × 10−31 kg (0.51 MeV/c2), iaitu lebih kurang 1/1836 daripada jisim proton. Elektron kerap ditulis sebagai e.

Menurut mekanik kuantum, elektron boleh diwakilkan dengan fungsi gelombang. Daripada fungsi gelombang, ketumpatan elektron boleh ditentukan. Setiap elektron mempunyai fungsi gelombangnya yang tersendiri yang juga dikenali sebagai orbital. Kedua-dua momentum dan kedudukan bagi elektron tidak boleh ditentukan dengan jitu serentak. Batasan ini diberikan oleh Prinsip Ketakpastian Heisenberg. Menurut prinsip ini, sekiranya kita ingin menentukan kedudukan sesuatu zarah dengan jitu, kita tidak akan berupaya menentukan momentumnya dengan jitu, dan begitulah sebaliknya.

Elektron mempunyai spin ½ dan merupakan sejenis fermion (elektron mematuhi Statistik Fermi-Dirac). Lanjutan kepada momentum sudutan dalamannya ini, elektron juga mempunyai momen magnet pada paksi spinnya.

Elektron boleh ditemui dalam atom, bergerak secara bebas dalam jirim, atau bersama-sama dalam sinar elektron dalam vakum. Dalam sesetengah superkonduktor, elektron bergerak dalam pasangan Cooper, di mana gerakan elektron digandingkan kepada jirim melalui getaran kekisi yang dikenali sebagai fonon. Apabila elektron bergerak, bebas daripada nukleus atom, dan mempunyai aliran bersih, aliran ini dikenali sebagai arus elektrik.

Satu jasad mempunyai cas statik apabila jasad itu adalah dalam kelebihan atau kekurangan elektron untuk mengimbangi cas nukleus. Apabila elektron adalah dalam berlebihan, jasad itu akan bercas negatif manakala apabila elektron adalah dalam kekurangan, jasad itu akan bercas positif. Apabila bilangan elektron adalah sama dengan bilangan proton, cas-cas ini akan membatalkan kesan yang dibawa oleh zarah-zarah tersebut dan jasad itu dikatakan bersifat neutral. Jasad makroskopik boleh memperoleh cas melalui gosokkan, melalui fenomena triboelektrik. Elektron dan positron boleh menghapus sesama sendiri (musnahabis) secara mutlak dan menghasilkan sepasang foton. Walau bagaimanapun, foton yang bertenaga tinggi dapat membentuk elektron dan positron melalui proses yang dikenali sebagai penghasilan pasangan.

Elektron ialah sejenis zarah keunsuran — elektron tidak mempunyai substruktur (sekurang-kurangnya sifat ini masih belum ditemui menerusi eksperimen dan terdapat sebab-sebab yang baik untuk menolak kewujudannya). Hatta, elektron sentiasa disifatkan sebagai satu zarah titik yang tidak mempunyai lanjutan. Walau bagaimanapun, apabila seseorang menghampiri elektron, ciri-ciri seperti jisim dan cas akan kelihatan bertukar. Kesan ini adalah sepunya bagi semua zarah keunsuran: zarah itu mempengaruhi perubahan vakum di sekitarnya, sehinggakan ciri-ciri yang diperhatikan dari jauh adalah hasil tambah sifat-sifatnya dan perubahan vakum (lihat pengnormalan semula).

Terdapat satu pemalar fizik yang dipanggil jejari elektron klasik, dengan nilai 2.8179 × 10−15 m. Perhatikan bahawa nilai jejari ini diperoleh daripada casnya dan seandainya fizik hanya diterang menggunakan teori elektodinamik klasik dan tiada mekanik kuantum. Jesteru, pemalar ini merupakan konsep yang telah dimakan zaman tetapi masih berguna dalam beberapa penghitungan tertentu.

Laju elektron dalam vakum boleh menghampiri, tetapi tidak pernah mencapai, laju cahaya dalam vakum, c. Pemerhatian ini disebabkan oleh kesan kerelatifan khas. Kesan kerelatifan khas adalah berdasarkan satu kuantiti yang dinamakan faktor Lorentz, \gamma. \gamma ialah satu fungsi laju jasad itu v.

\gamma = 1 / \sqrt{1 - (v^2/c^2)}

Tenaga yang diperlukan untuk memecut satu zarah ialah \gamma tolak satu darab jisim rehat. Sebagai contoh, pemecut linear yang terdapat di Stanford dapat memecut elektron kepada 51 GeV. Ini memberikan nilai \gamma sebanyak 100 000 jika jisim rehat elektron ialah 0.51 MeV/c² (jisim relativiti bagi elektron yang bergerak dengan laju adalah 100 000 kali ganda jisim rehat elektron). Dengan menyelesaikan persamaan di atas, laju elektron ialah:

\left(1-\frac {1} {2} \gamma ^{-2}\right)c = 0.999 999 999 95 c.

(Rumus ini digunapakai untuk nilai \gamma yang besar.)

Lihat juga[sunting | sunting sumber]

Rujukan[sunting | sunting sumber]

  • Griffiths, David J. (2004). Introduction to Quantum Mechanics (edisi ke-2). Prentice Hall. ISBN 0-13-805326-X. 
  • Tipler, Paul; Llewellyn, Ralph (2002). Modern Physics (edisi ke-4). W. H. Freeman. ISBN 0-7167-4345-0. 
  • Brumfiel, G. (6 Januari 2005). Can electrons do the splits? Dalam majalah Nature, 433, 11.

Pautan luar[sunting | sunting sumber]

Wikisource-logo.svg
Wikisource mempunyai sumber asli 1911 Encyclopædia Britannica teks berkaitan kepada: Electron.