Um elétron é uma partícula elementar estável e carregada negativamente. Junto com nêutrons e prótons, é uma das três subpartículas que constituem um átomo. Por esta razão também pode ser definida como uma partícula subatômica. Faz parte do grupo lepton.
Eles podem aparecer em estado livre (sem estar ligados a nenhum átomo) ou ligados ao núcleo de um átomo.
A armadilha Penning é frequentemente usada para medir esses tipos de partículas .
Os elétrons existem em átomos em camadas esféricas de vários raios. Essas conchas esféricas representam níveis de energia. Quanto maior a casca esférica, maior será a energia contida nesta partícula elementar.
Energia elétrica
Nos condutores elétricos, os fluxos de corrente são os elétrons dos átomos que circulam individualmente de um átomo para outro na direção do pólo negativo para o pólo positivo do condutor elétrico. É o que chamamos de energia elétrica ou eletricidade.
Embora geralmente façam parte de átomos, existem elétrons que formam feixes no vácuo ou se movem de forma independente através da matéria.
Nos materiais semicondutores, a corrente elétrica também é produzida pelo movimento dessas subpartículas.
Carga elétrica do elétron
A carga de um elétron é aproximadamente -1,602 x 10 -19 coulombs (C).
A unidade de carga elétrica elementar é a carga elétrica de um elétron. Esta carga elementar é a menor carga encontrada na natureza e é considerada uma quantidade fundamental na física de partículas e na teoria eletromagnética.
A carga elétrica do elétron é considerada negativa devido à convenção histórica e a carga dos prótons (que é positiva) foi definida com base na carga dos elétrons. Esta escolha de sinais tem sido amplamente aceita na física e na eletrônica.
A carga de um próton, que é outra subpartícula elementar, é igual em magnitude, mas de sinal oposto à carga do elétron.
Experiência de queda de óleo Millikan
O objetivo do experimento da gota de óleo de Robert Millikan e Harvey Fletcher era determinar a carga de um único elétron. Eles fizeram isso mantendo uma pequena gota de óleo flutuando entre duas placas condensadoras.
Eles descobriram que os valores medidos eram sempre múltiplos da mesma carga. Eles interpretaram isso como a carga de um único elétron: 1,602 × 10 −19 Coulomb.
Em 1923, Millikan ganhou o Prêmio Nobel de Física.
massa do elétron
Sua massa é de aproximadamente 9,11 x 10 -31 kg.
Os elétrons que se movem a uma fração apreciável da velocidade da luz têm uma massa maior devido aos efeitos relativísticos. Ou seja, a massa do elétron aumenta com a velocidade, de acordo com as previsões de Albert Einstein.
Importância dos elétrons
Estas partículas subatômicas fundamentais desempenham um papel essencial em vários aspectos da física, química e tecnologia.
A sua importância reside em vários aspectos:
Eletricidade e corrente elétrica
Os elétrons carregam carga elétrica negativa e são responsáveis pela eletricidade e pela corrente elétrica. A corrente elétrica é essencial em quase todos os aspectos da nossa vida diária, desde iluminação até eletrônica e geração de energia.
Materiais condutores
Os materiais condutores permitem que os elétrons se movam livremente através deles. Isto é crucial na fabricação de cabos elétricos, componentes eletrônicos e circuitos, facilitando a transmissão de energia e sinais elétricos.
Ligações químicas
Na química, essas partículas estão envolvidas na formação de ligações químicas entre os átomos. O compartilhamento e transferência de elétrons entre átomos é o que permite a formação de moléculas e compostos químicos, o que é fundamental para a química e para a própria vida.
Propriedades dos materiais
Os elétrons determinam muitas propriedades dos materiais, como condutividade elétrica, condutividade térmica e propriedades magnéticas. Essas propriedades são essenciais na fabricação de dispositivos eletrônicos, materiais magnéticos e muito mais.
Radiação e espectroscopia
Na física, os elétrons estão envolvidos em processos de radiação, como a emissão e absorção de luz. A espectroscopia, que utiliza a interação de elétrons com radiação eletromagnética, é utilizada para analisar a composição de substâncias e compreender fenômenos astronômicos.
Eletrônica e tecnologia
Dispositivos eletrônicos, como computadores, telefones celulares, televisões e muito mais, operam por meio da manipulação de elétrons. Os avanços na eletrônica transformaram a sociedade e a tecnologia modernas.
física de partículas
Na física de partículas, os elétrons são partículas fundamentais estudadas em aceleradores de partículas. A compreensão de seu comportamento levou ao desenvolvimento de teorias fundamentais sobre a estrutura da matéria e interações fundamentais.
História e descoberta
A descoberta do elétron é atribuída principalmente a JJ Thomson, um físico britânico, no final do século XIX. Em 1897, Thomson conduziu experimentos usando um tubo de raios catódicos, um dispositivo que envolve corrente elétrica e descargas em vácuo parcial.
Thomson observou que havia pequenas partículas com carga elétrica negativa movendo-se do cátodo em direção ao ânodo dentro do tubo de raios catódicos. Essas partículas foram chamadas de “elétrons” por Thomson. Suas experiências demonstraram que os elétrons eram constituintes básicos da matéria e tinham uma relação específica entre sua carga e massa, o que revelou sua existência como partículas subatômicas.
O modelo atômico de Thomson é o primeiro modelo atômico em que é mencionada a existência de elétrons na composição de um átomo.
Esta descoberta foi revolucionária e lançou as bases para uma nova compreensão da estrutura atômica e das interações elétricas no nível subatômico. Além disso, abriu caminho para desenvolvimentos posteriores em física, química e tecnologia, incluindo a eletrônica moderna e a teoria quântica.