Elektron hullámtermészete

Joseph John Thomson (1856-1940) angol fizikus 1897-ben a katódsugárzásról igazolta, hogy negatív elektromos töltésű és a hidrogénatomtól kb 2000-szer kisebb tömegű. (Nobel díj 1906 -ban az elektron felfedezéséért és tulajdonságainak tanulmányozásáért) Elektron tömege me= 9,1∙10-31 kg töltése e- = -1,6·10-19 C

A katódsugarakat rá merőleges, homogén mágneses mezőbe vezetve a sugárzást alkotó q töltésű részecskék a Lorentz-erő hatására R sugarú körpályán mozognak

Munkatétel alapján: A két egyenletből kifejezhetjük a fajlagos töltést: Az elemi töltést először Millikan mérte meg nagy pontossággal 1910-ben. Kondenzátor-lemezek közé 10-7-10-8 m átmérőjű olaj-cseppeket porlasztott. Porlasztás közben a cseppek egyes molekulái ionizálódtak

A töltött csepp mozgása a kondenzátor elektromos mezőjével befolyásolható. A erő a keresett töltéssel arányos. A csepp mozgását figyelve, a csepp töltése meghatározható. A kicsiny cseppek csak mikroszkóppal figyelhetők meg.

A q töltésű, r sugarú cseppre hat: a gravitáció m∙g a levegő Fk a kondenzátor lemezek között a vízszintes térerősségű elektromos mező q · E = q · U/d Ezekből meghatározható a q töltés.

Az atomszerkezet megértésében előrehaladás: Louis de Broglie (1892-1978) újszerű elképzelésének lényege, 1924-ben: A természetben sok a szimmetria. A fény kettős természetű (hullám-részecske) Ha a természet szimmetrikus ez a kettősség érvényes kell legyen a korpuszkuláris anyagra is.

Ha egy elektron hullám tulajdonságú, akkor van hullámhossza és frekvenciája. Ugyanazon összefüggéseket felírva ami a fotonokra érvényesek: E=h∙f=m·c2 Az elektron hullám hossza, amit de Broglie hullámhossznak nevezünk: Frekvenciája egy szabadon mozgó részecskének:

Első közvetlen bizonyíték: Észrevették hogy a fémek kristályrácsain az elektronok ugyanúgy elhajlanak, mint a röntgensugarak. Nemcsak az elektronokról, hanem az atomokról és atomi részecskékről is bebizonyosodott, hogy részecske tulajdonságaik mellett hullámtermészetűek is.

Az elektron hullám természetét használják a fizikusok az atomokban lévő elektronok kémiából már ismert pályáinak értelmezésében. Az atomban az elektronok állóhullámként vannak jelen. Ezen állóhullámok duzzadóhelyei az atompályák. Anyaghullámokat figyeltek meg atom ill. molekulanyaláb elhajlási interferenciájánál is. de Broglie Nobel-díj 1929

Az elektron hullámtermészetének bizonyítéka: 1927 C. Davisson Az elektronnyalábok meg-határozott szögben verődtek vissza a nikkel-kristály felületéről. 1928 G. P. Thomson Mikrokristályon áthaladó elektronnyalábok fényérzékeny lemezen koncentrikus interferencia gyűrűket hoznak létre.

Werner Heisenberg (1901-1976) német Matematikai leíró fv-t keresett mellyel leírható a részecske állapota. Heisenberg féle határozatlansági reláció: Egy részecske helye és sebessége nem határozható meg egy időben. I·x  h/4 I : a lendület meghatározásának pontossága x: a helymeghatározás pontossága

Elektronmikroszkóp Olyan elektronnyalábbal működő mikroszkóp, mely-nek működésében szerepet játszik az elektron hullám és részecske természete is. Nagy feszültségnél a hullámhosszuk akár pikométer (10-12 m) is lehet. A leképező rsz: inhomogén elektromos vagy mágneses mezőkből áll. (elektromos és mágneses lencsék) A fénymikroszkóp felbontóképessége 10-7m. A szem felbontóképessége 10-4m.

A tárgy leképezésére a fénynyaláb helyett elektronsugarakat alkalmaznak, melyek izzó-katódból lépnek ki és gyorsítják őket 10-100kV gyorsítófeszültséggel. Kondenzor lencsén haladnak át, párhuzamos nyaláb alakul ki belőlük, amely áthalad a vizsgált mintán. Az objektív valódi képet hoz létre. A vetítőlencse a képnek szintén valódi képét állítja elő ernyőn vagy fotolemezen.