Elektron

Daripada Wikipedia, ensiklopedia bebas.
Jump to navigation Jump to search
Untuk kegunaan lain, sila lihat Elektron (nyahkekaburan).
Elektron
Komposisi: Zarah asas[1]
Kumpulan: Lepton
Generasi: Pertama
Interaksi: Graviti, daya Lorentz, daya nukleus lemah
Antizarah: Positron (atau antielektron)
Pengasas teori: Richard Laming (1838–1851),[2]
G. Johnstone Stoney (1874) dan lain-lain.[3][4]
Ditemui: J. J. Thomson (1897)[5]
Simbol: e
, β
Jisim: 9.1093837015(28)×10−31 kg[6]
5.48579909070(16)×10−4 u[7]
[1822.8884845(14)]−1 u[note 1]
0.51099895000(15) MeV/c2[8]
Masa hayat min: Stabil ( > 6.6×1028 tahun[9])
Cas elektrik: −1 e[note 2]
−1.602176634×10−19 C[8]
−4.80320451(10)×10−10 esu
Momen magnet: −1.00115965218091(26) μB[7]
Spin: 1/2
Isospin lemah: Kiri: −1/2, Kanan: 0
Hipercas lemah: Kiri: -1, Kanan: −2

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. Perkataan "elektrik" itu sendirinya berakar daripada Yunani iaitu ήλεκτρον (elektron) 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 dalam medan elektrik yang dijanakan oleh bilangan elektron yang berbeza dan tatarajah atom menentukan sifat kimia unsur-unsur yang ada. Medan-medan ini memainkan peranan yang asas dalam ikatan-ikatan kimia dan bidang kimia itu sendiri.

Penamaan[sunting | sunting sumber]

Istilah electron dikemukakan oleh ahli fizik Ireland, George Stoney pada akhir abad ke-19. Istilah ini adalah gabungan daripada perkataan electric dan ion.

Sejarah[sunting | sunting sumber]

Pada 1897, ahli fizik, J. J. Thomson dan rakan-rakannya menjalankan uji kaji berkaitan dengan sinar katod (sinar yang terhasil di dalam tiub sinar katod yang dihidupkan), dan mendapati bahawa zarah-zarah yang membentuk sinar katod adalah zarah yang tersendiri, dan bukannya sejenis gelombang, atom atau molekul.[5] Selain itu, beliau menemui nisbah jisim, m kepada cas elektrik, e dan mendapati bahawa nisbah e kepada m adalah tidak tertakluk kepada bahan katod. Beliau mendapati bahawa zarah-zarah yang membentuk sinar katod adalah lebih kurang seribu kali lebih ringan daripada zarah yang paling ringan diketahui pada masa itu, hidrogen.[5] Beliau membuat kesimpulan bahawa zarah bercas negatif ini adalah universal dan tertakluk pada semua atom.[5][10]

Cas elektrik dikaji dengan lebih mendalam oleh Robert Millikan and Harvey Fletcher melalui eksperimen titisan minyak, sebuah uji kaji untuk menghalang titisan minyak bercas daripada jatuh akibat graviti dengan menggunakan medan elektrik.

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, . Pemerhatian ini disebabkan oleh kesan kerelatifan khas. Kesan kerelatifan khas adalah berdasarkan satu kuantiti yang dinamakan faktor Lorentz, . ialah satu fungsi laju jasad itu .

Tenaga yang diperlukan untuk memecut satu zarah ialah tolak satu darab jisim rehat. Sebagai contoh, pemecut linear yang terdapat di Stanford dapat memecut elektron kepada 51 GeV. Ini memberikan nilai 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:

= 0.999 999 999 95 c.

(Rumus ini diguna pakai untuk nilai yang besar.)

Lihat juga[sunting | sunting sumber]

Nota[sunting | sunting sumber]

  1. ^ Penyebut versi pacahan ialah songsangan nilai perpuluhan (serta nilai ketidaktentuan piawai relatif 4.2×10−13 u).
  2. ^ Cas elektron ialah nilai negatif bagi cas asas yang menjadi nilai positif bagi proton.

Rujukan[sunting | sunting sumber]

  1. ^ Eichten, E.J.; Peskin, M.E.; Peskin, M. (1983). "New Tests for Quark and Lepton Substructure". Physical Review Letters. 50 (11): 811–814. Bibcode:1983PhRvL..50..811E. doi:10.1103/PhysRevLett.50.811. 
  2. ^ Farrar, W.V. (1969). "Richard Laming and the Coal-Gas Industry, with His Views on the Structure of Matter". Annals of Science. 25 (3): 243–254. doi:10.1080/00033796900200141. 
  3. ^ Arabatzis, T. (2006). Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities. University of Chicago Press. m/s. 70–74, 96. ISBN 978-0-226-02421-9. 
  4. ^ Buchwald, J.Z.; Warwick, A. (2001). Histories of the Electron: The Birth of Microphysics. MIT Press. m/s. 195–203. ISBN 978-0-262-52424-7. 
  5. ^ a b c d Thomson, J.J. (1897). "Cathode Rays". Philosophical Magazine. 44 (269): 293–316. doi:10.1080/14786449708621070. 
  6. ^ Mohr, P.J.; Taylor, B.N.; Newell, D.B. (2). "CODATA recommended values of the fundamental physical constants". Reviews of Modern Physics. 80 (2): 633–730. arXiv:0801.0028Boleh dicapai secara percuma. Bibcode:2008RvMP...80..633M. CiteSeerX 10.1.1.150.1225Boleh dicapai secara percuma. doi:10.1103/RevModPhys.80.633.  Check date values in: |date= (bantuan)
  7. ^ a b P.J. Mohr, B.N. Taylor, and D.B. Newell, "The 2014 CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants". This database was developed by J. Baker, M. Douma, and S. Kotochigova. Available: [1]. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD 20899.
  8. ^ a b "2018 CODATA recommended values" https://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html
  9. ^ Agostini, M.; dll. (Borexino Collaboration) (2015). "Test of Electric Charge Conservation with Borexino". Physical Review Letters. 115 (23): 231802. arXiv:1509.01223Boleh dicapai secara percuma. Bibcode:2015PhRvL.115w1802A. doi:10.1103/PhysRevLett.115.231802. PMID 26684111. 
  10. ^ Thomson, J.J. (1906). "Nobel Lecture: Carriers of Negative Electricity" (PDF). The Nobel Foundation. Diarkibkan daripada asal (PDF) pada 2008-10-10. Dicapai 2008-08-25.  Parameter |url-status= tidak diketahui diabaikan (bantuan)

Buku[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.