第一節電子及其與人體的關係
1.什麼是電子
我們都知道,我們所生活的世界是一個物質的世界,地球上的一切都由物質構成的。高山、樹木、水流、湖泊以及人們日常的生活用品等都是由物質構成的。
然而物質並不是構成物體的最小的單位,它也有它自己的構成單位。科學家發現,物質是由原子構成的,而原子又是由電子、中子和質子三者共同組成的。在這裏,我們主要介紹的是電子。
電子是一種基本粒子,屬於亞原子粒子中的輕子類。輕子被認為是構成物質的基本粒子之一。電子的直徑是質子的1/1000倍,重量為質子的1/1836,是目前無法再分解的物質。電子的質量極小,帶有負電,在原子中圍繞由中子和質子組成的原子核旋轉。電子圍繞原子的核做高速運動。電子通常排列在各個能量層上。當原子互相結合成為分子時,在最外層的電子便會由一原子移至另一原子或成為彼此共享的電子。當電子脫離原子核的束縛在其他原子中自由移動時,它所產生的淨流動現象稱為電流。
物質的電子可以失去也可以得到,物質具有得電子的性質叫做氧化性,該物質為氧化劑;物質具有失電子的性質叫做還原性,該物質為還原劑。物質氧化性或還原性的強弱由得、失電子的難易程度所決定,但與得、失電子數目多少無關。
電荷的最終攜帶者是組成原子的微小電子。在運動的原子中,每個繞原子核運動的電子都帶有一個單位的負電荷,而原子核裏麵的質子帶有一個單位的正電荷。正常情況下,在物質中電子和質子的數目是相等的,它們攜帶的電荷相平衡,物質呈中性。物質在經過摩擦後,要麼會失去電子,留下更多的正電荷(質子比電子多)。
要麼增加電子,獲得更多的負電荷(電子比質子多)。這個過程稱為摩擦生電。
2.電子發現第一人
無論第一個發現電子的人是誰,他都將同第一個發現微生物、第一個發現病毒的人一樣的了不起。約瑟夫·約翰·湯姆遜,英國物理學家,電子的發現者。湯姆遜是世界著名的卡文迪許第三任實驗室主任,1856年12月18日生於英國曼徹斯特,父親是一個專印大學課本的商人,由於職業的關係,他父親結識了曼徹斯特大學的一些教授。湯姆遜從小就受到學者的影響,學習很認真,14歲便進入了曼徹斯特大學。在大學學習期間,他受到了司徒華教授的精心指導,加上他自己的刻苦鑽研,學業提高很快。1876年,即21歲時,他被保送進了劍橋大學三一學院深造。1880年他參加了劍橋大學的學位考試,以第二名的優異成績取得學位,隨後被選為三一學院學員,兩年後又被任命為大學講師。他在物理學方麵具有很高的修養和造詣,發表了論文《論渦旋環的運動》和《論動力學在物理學和化學中的應用》。1884年,28歲的湯姆遜在瑞利的推薦下,擔任了卡文迪許實驗室物理學教授。1897年湯姆遜在研究稀薄氣體放電的實驗中,證明了電子的存在,測定了電子的荷質比,轟動了整個物理學界。
湯姆遜測得的結果肯定了電子的存在,這是人類首次用實驗的方法證實了一種“基本粒子”——電子的存在。“電子”這一名稱是由物理學家斯通尼在1891年采用的,原意是定出的一個電的基本單位的名稱,後來這一詞被應用來表示湯姆遜發現的“微粒”。自從發現電子以後,湯姆遜就成為國際上知名的物理學家。在這之前,一般都認為原子是“不能分割的”的東西,而湯姆遜的實驗表明,原子是由許多部分組成的,這個實驗標誌著科學的一個新時代。人們稱他是“一位最先打開通向基本粒子物理學大門的偉人”。