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Das Elektron |
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Nach der altgriechischen und der Daltonschen Atomtheorie wurde das Atom als kleinstmöglichstes Teilchen betrachtet. Experimente mit der Elektrizität führten jedoch zur Erkenntnis, dass Atome selbst aus noch kleineren Teilchen aufgebaut sein müssen. Michael Faraday führte 1832 bis 1833 bedeutsame Experimente zur Elektrolyse durch.
M. Faraday (1791 - 1867)
Er entdeckte die Gesetze der Elektrolyse, die eine Beziehung zwischen zersetzter Stoffmenge und eingesetzer Strommenge herstellen. Dies führte dazu, dass Georg Johnstone Stoney 1874 die Existenz von elektrischen Ladungsträgern vorschlug. 1891 gab er diesen Teilchen den Namen Elektron.
In dieser Zeit wurde viel mit Kathodenstrahlen experimentiert. Die Kathodenstrahlen wurden 1859 von Julius Plücker entdeckt. Er versuchte elektrischen Strom durch Vakuum zu leiten, indem er zwei Elektroden in einem evakuierten Glasrohr positionierte. Anschliessend legte er eine Hochspannung an, wobei ein Strahl von der negativen Elektrode, der Kathode, ausging. Die Kathodenstrahlen sind negativ geladen, bewegen sich geradlinig und verursachen ein Leuchten beim Auftreffen auf eine Glaswand. Die Kathodenstrahlen wurden als negativ geladene Teilchenströme interpretiert. Ihnen wurde Stoneys Name Elektron gegeben. Unabhängig von der Zusammensetzung der Kathode werden immer Elektronen gleicher Art abgestrahlt.
Werden in die Kathodenstrahlröhre zwei Platten eingebaut, zwischen denen der Strahl durchtreten kann, so wird der Strahl beim Anlegen einer elektrischen Spannung abgelenkt. Bei gegebener Spannung hängt das Ausmass der Ablenkung von 2 Faktoren ab:
Die Grösse q/m ist somit entscheidend für das Ausmass der Ablenkung. Der Wert von q/m für das Elektron wurde 1897 durch Joseph Thomson bestimmt:
q/m = -1.7588 * 108 C/g
Kathodenstrahlen können auch in magnetischen Feldern abgelenkt werden, jedoch in einer Richtung senkrecht zum Magnetfeld.
J. Thomson (1856 - 1940)
Bisher kannte man nur den Wert des Verhältnisses zwischen Ladung und Masse eines Elektrons. Von grösserem Interesse ist jedoch der exakte Wert der Ladung und der Masse eines Elektrons zu kennen. Die Erkenntnis dieser Werte verdanken wir Robert Millikan, der erste genaue Messungen zur Ladung eines Elektrons durchführte:
Er erzeugte Elektronen durch Einwirkung von Röntgenstrahlen auf Luft. Die Elektronen wurden dann von Öltropfen aufgenommen, welche zwischen zwei waagerecht angeordneten Platten sinken. Aus der Sinkgeschwindigkeit kann die Masse eines Tropfens bestimmt werden. Die Platten wurden nun an eine elektrische Spannung mit dem Pluspol an der oberen Platte angeschlossen. Die Spannung wurde so eingestellt, dass die Öltropfen in der Schwebe gehalten wurden. Aus der Masse des Tropfens und der entsprechenden Spannung konnte er die Ladung des Tropfens berechnen.
R. Millikan (1868 - 1953)
Ein Tropfen kann mehrere Elektronen aufnehmen; in allen Fällen ist die Ladung ein ganzes Vielfaches der Ladung des Elektrons. Der Wert e wird Elementarladung genannt. Das Elektron ist negativ geladen. Aus den Werten e/m und e kann die Masse eines Elektrons berechnet werden.
Ladung eines Elektrons:
q = -e = -1.6022 * 10-19 CMasse eines Elektrons:
m = 9.1096 * 10-28 g
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