Строение электрона.

Сергей Сергеев 16.10.2015 4 Комментарии

#
Спин электрона (s = ћ/2, h=2πћ – постоянная Планка) образуется движением материи электрона по орбитали, предположим, с предельной скоростью, то есть со скоростью света. Радиус орбитали тогда.
(1)
Электрон обладает магнитным моментом. Его величина примерно равна магнетону Бора:
(2)

Магнитный момент вращающегося по окружности со скоростью света заряда e равен произведению средней величины тока на площадь круга:
(3)

Это значение в два раза меньше фактической величины, но ведь некоторые предположения для этого вывода произвольны, например предположения о том, что спиновое движение электрона происходит со скоростью света. то есть математические рассчёты просто указывают на то, что электрон не точечный объект, а частица занимающая всю свою орбиталь.
#
#
Это же предположение получается при анализе проблем модели атома Бора-Резерфорда.

В модели атома Бора-Резерфорда предполагается, что имеется орбитальный момент импульса электрона, то есть допускается, что точечные электроны, движутся по круговым орбиталям. При этом получается, что, хотя положение электронов в любой конкретной точке орбитали неопределенно, но всё же точечный единичный отрицательный заряд электрона, равный положительному заряду протона, находящемуся в центре атома, бывает в разных точках орбитали электрона.
В модели единственного атома водорода имеющем один протон и один электрон это как бы не взывает особых вопросов, заряды уравновешивают друг друга и, получается, что в целом атом электрически нейтрален.
Уже в модели единственного атома имеющего несколько электронов возникает проблема, потому, что при применении к зарядам электронов закона Кулона в моменты, когда электроны разных орбиталей оказываются рядом по одну сторону от ядра атома, оказывается, что взаимное отталкивание их взаимодействующих полей должно выбрасывать их из орбиталей, ведь сила кулоновского отталкивания электронов как бы должна значительно превышать любое действие положительных зарядов ядра находящегося очень далеко от места взаимодействия этих электронов.

Формула закона Кулона: F = k · (|q1| · |q2|) / r2
Проблема только усиливается при увеличении количества электронов в атоме и соответственно удалении внешних орбиталей от ядра, ведь для внешних орбиталей атома, кулоновская сила действия положительного заряда ядра при этом уменьшается пропорционально квадрата расстояния от ядра, а кулоновская сила как бы должных отталкиваться электронов остается неизменной.
В молекулах расчетная сила кулоновского отталкивания электронов атомов входящих в молекулу оказывается как бы такой, что вообще-то не должна позволить атомам этой молекулы соединяться.
Но в реальности молекулы существуют, а существующие математические теории поля и модели атома не могут это описать.

Ответ на вопрос, что собой представляет реальный электрон, а по аналогии и все остальные частицы микромира, можно дать осмыслив вышеописанное единственным способом, допустив то, что каждый электрон занимает всю орбиталь, то есть то, что электрон торообразно охватывает ядро. Конечно свободный электрон так же торообразен.

Правый и левый торы свернутые по принципу ленты Мёбиуса.

Все остальные частицы вещества и частицы материи в этом случае, по аналогии, тоже должны быть торообразными и свёрнутыми по принципу Мёбиуса вправо или влево, что, в свою очередь, определяет как раз такое свойство частиц, как заряд. Электроны в S и P положениях имеют разный по направлению спин по отношению к спину протона дающего им орбитали, поэтому размеры этих электронов отличаются, что показывает  лэмбовский сдвиг.

*********

Физики Базельского университета (Швейцария) впервые показали, как выглядит один электрон.

*******

Википедия: “Магнитное поле можно назвать особым видом материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами…”.
Делаем простейший эксперимент. Над поверхностью воды покрытой эмульсией окислов железа и прикрытой тонким покровным стеклом, располагаем, кусок металлической проволоки и пропускаем через неё ток от батарейки. Наблюдаем выстраивание порошка окислов железа в линии магнитного поля. Никакого открытия нет. Всё это делал еще Фарадей. А объясняется это явление, как мы знаем, движением в нашей проволоке электронов. Теперь протянем с любой скоростью механически по покровному стеклу кусок проволоки, несомненно содержащий свободные электроны. Никакого движения окислов железа на поверхности воды не наблюдаем. Протягивание с любой скоростью механически по покровному стеклу наэлектризованной пластмассовой палочки тоже никакого движения окислов железа на поверхности воды не даёт.

Как же так? В проволоке и пластмассе все электроны при их движении, несомненно, получают движение. Но движение заряженных частиц мы получили, а появления магнитного поля не увидели.
Генератор электрического тока, если в нём нет постоянных магнитов, а применяется внешний источник электроэнергии для начального намагничивания полюсных наконечников, тоже не выдаст никакого направленного движения электронов во внешней электрической цепи без намагничивания полюсных наконечников извне, сколько его не вращай.
Что же отличает движение электронов в проводнике под действием внешнего источника этих самых электронов и движение электронов вместе с проводником?
Ответ простой ориентация спинов этих электронов. Если электроны расположены в соответствии со свойствами их структур упорядоченно, то они создают магнитное поле, а если хаотично, то магнитного поля они естественно не создают. То есть это ещё раз указывает на то, что электрон имеет структуру.

Но этот вывод не согласуется с представлениями современных теоретиков, которые объявили электрон бесструктурным и точечным.

************

Электроны не испытывают отталкивания на расстояния меньших 10 в минус 10-й метра. (“Electron attraction mediated by Coulomb repulsion”)

Одним из определяющих свойств электронов является их взаимное Кулоновское отталкивание. Однако в твердых телах это свойство может меняться, например, в сверхпроводниках электроны притягиваются друг к другу, что приводит к образованию связанных пар. Не отталкиваются так же протоны в ядре. Объяснения такого притяжения в рамках существующих теорий электродинамики не найдено. Но если частицы имеют обозначенную выше структуру, по в состоянии полного соприкосновения меду ними нет расталкивающих их фотонов….

***********

Физики напрямую визуализировали уровни Ландау – квантовые уровни, определяющие поведение электрона в сильном магнитном поле – впервые с тех пор, как они были теоретически сформулированы Нобелевским лауреатом Львом Ландау в 1930 году.

Используя сканирующую туннельную спектроскопию – зонд, непосредственно взаимодействующий с электронами, – объединенная группа ученых из разных институтов – Университета Уорвика и университета Тохоку, выявила внутреннюю кольцевую структуру уровней Ландау на поверхности полупроводника.

Изображения ясно показывают, что Ландау был прав, когда предсказал, что в чистой системе электроны будут принимать форму концентрических колец, число которых будет увеличиваться в соответствии с их уровнем энергии. Этот простой подсчет поведения лежит в основе так называемого квантового эффекта Холла.

Изображения ясно показывают, что Ландау был прав, когда предсказал, что в чистой системе электроны будут принимать форму концентрических колец, число которых будет увеличиваться в соответствии с их уровнем энергии

Хотя первоначально в исследованиях в основном, преследовался фундаментальный интерес, в последние годы эффект используется для определения стандарта электрического сопротивления и, возможно, скоро будет использован также для определения эталонной величины килограмма.

Профессор Рудольф Ремер с физического отделения Университета Уорвика сказал так: “Для нас это очень значительный шаг – мы действительно впервые видим отдельные квантово-механические волновые функции электронов в реальных материалах. На первый взгляд это может показаться далеким от повседневной жизни. Однако на обсуждаемый сегодня вопрос, что такое килограмм (эталон), можно получить ответ в расстояниях между кольцами уровней Ландау – они действуют, как своего рода маркер для определения универсального веса”.

К слову сказать, сравнительно недавно в 2009 году группе американских ученых из Физической школы Технологического института Джорджии в Атланте совместно с коллегами из Гейтерсбергского Центра наноразмерных систем и технологий Национального института стандартов и технологий в Мэриленде удалось пронаблюдать около 20 уровней Ландау в графене.

**********

ПРОХОЖДЕНИЕМ ЭЛЕКТРОНОВ СКВОЗЬ ДИЭЛЕКТРИК МОЖНО УПРАВЛЯТЬ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ.
Исследование связано с работой физика Брайана Джозефсона, который в 1962 году предсказал, что электроны могут формировать “туннель” между двумя сверхпроводниками, разделенными тонким слоем диэлектрика. «Переход Джозефсона» впоследствии был «построен» и используется в создании сверхпроводящих квантовых интерференционных устройств (SQUID).

В последней работе, Франческо Жиазотто (Giazotto) и Мария Хосе Мартинес-Переса в Институте нанонауки в Пизе, Италия (NEST), измеряется устройство теплового поведения – то есть, как электроны между собой передают тепло. В эксперименте SQUID состоит из двух Y-образных объединенных деталей сверхпроводника, образовавших петлю, но с двумя тонкие кусочками изоляционного материала, зажатыми между ними (см. рисунок).

magnetic field
Когда исследователи варьировали магнитное поле, проходящее через контур, количество тепла, протекающего через устройство, также изменялось. Эффект происходил в соответствии с теорией, выдвинутой Казуми Маки и Алланом Гриффином в 1965 году.

Устройство работает, даже реверсируя передачу тепла, так что в определенный момент тепло перетекает от холодного тела к теплому.

Журнал nature

Смотри также здесь.