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Die geheime Reise der Elektronen: Wissen Sie, wie Elektronen durch Materie reisen?
Zur Elektronenstreuung kommt es, wenn Elektronen von ihrer ursprünglichen Umlaufbahn abweichen. Dieses Phänomen ist im Allgemeinen auf elektrostatische Wechselwirkungen innerhalb des Materials zurückzuführen. Bei Vorhandensein eines externen Magnetfelds können Elektronen durch die Lorentzkraft abgelenkt werden. Elektronenstreuung tritt hauptsächlich in festen Materialien wie Metallen, Halbleitern und Isolatoren auf und ist der leistungsbegrenzende Faktor in integrierten Schaltkreisen und Transistoren.
Die Elektronenstreuung deckt viele Bereiche von der Grundlagenforschung bis zur angewandten Technologie ab. Von schnellen Elektronen in Elektronenmikroskopen bis hin zu Hadronensystemen mit sehr hohen Energien kann die Elektronenstreutechnologie zur Messung der Ladungsverteilung von Kernen und ihrer Strukturen eingesetzt werden. .
In festen Materialien können Elektronen auf verschiedene Arten gestreut werden: Nullstreuung, bei der das Elektron auf einer geraden Linie durchläuft, ohne überhaupt beeinflusst zu werden; Einfachstreuung, bei der das Elektron nur einmal streut; Mehrfachstreuung, bei der das Elektron mehrere Male streut; und Mehrfachstreuung, wenn das Elektron mehrfach gestreut wird. Wenn Elektronen mehrfach gestreut werden. Die Wahrscheinlichkeit der Elektronenstreuung und der Streugrad sind Wahrscheinlichkeitsfunktionen der Probendicke und der mittleren freien Weglänge. Diese grundlegenden Eigenschaften ermöglichen es Wissenschaftlern, in vielen Bereichen in die mikroskopische Struktur der Materie einzudringen.
Geschichte der Elektronenstreuung
Das Konzept des Elektrons wurde erstmals zwischen 1838 und 1851 vom Naturphilosophen Richard Laming vorgeschlagen, der ein subatomares Teilchen mit einer einzigen Ladung vermutete und Atome als „elektrische Teilchen“ beschrieb, die einen materiellen Kern umgeben. Schicht". Allerdings wurde J.J. Thomson erst im Jahr 1897 als erster Wissenschaftler anerkannt, der das Elektron entdeckte. Später wurde die Theorie der geladenen Teilchen durch die Beiträge vieler Wissenschaftler wie George Johnston Stoney und Emil Victor schrittweise verbessert und anerkannt.
Die Compton-Streuung wurde erstmals 1923 von Arthur Compton an der Washington University in St. Louis beobachtet, wofür er 1927 den Nobelpreis für Physik erhielt. Diese Entdeckung hat unser Verständnis der grundlegenden Eigenschaften des Lichts erheblich erweitert.
Das Phänomen der Elektronenstreuung
Die Streuung von Elektronen durch elektrische oder magnetische Felder lässt sich mit der Theorie der Quantenelektrodynamik sehr genau beschreiben. In diesem Zusammenhang ist die Lorentzkraft das zentrale Unterrichtsthema für Schüler. Diese Kraft beschreibt das Verhalten geladener Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern. Die Formel kann wie folgt ausgedrückt werden:
F = qE + q(v × B)
Dabei ist qE die elektrische Kraft, die das elektrische Feld E auf das Teilchen q ausübt, und q(v × B) ist die magnetische Kraft, die das Magnetfeld B erzeugt, wenn sich das Teilchen q mit der Geschwindigkeit v bewegt. Die Existenz dieser Formel erklärt außerdem, wie sich Elektronen in verschiedenen physikalischen Umgebungen bewegen und mit anderen Teilchen interagieren.
Kollisionen zwischen Elektronen und Teilchen
Bei der Wechselwirkung zweier Teilchen unterscheidet man zwischen elastischer und inelastischer Streuung. Bei der elastischen Streuung bleibt bei der Kollision der Teilchen die gesamte kinetische Energie erhalten, was bedeutet, dass die inneren Zustände beider Teilchen unverändert bleiben; bei der inelastischen Streuung bleibt die kinetische Energie nicht erhalten und die inneren Zustände der Teilchen können sich ändern, was zu Energie führt Umwandlung in andere Formen, wie Wärme- oder Schallwellen.
Wenn Kollisionen zwischen Teilchen strukturelle Veränderungen in vielerlei Hinsicht mit sich bringen können, ist dies nicht nur die Grundlage der Elektronenphysik, sondern auch der Grundstein der modernen Technologie.
Fazit
Wissenschaft und Technologie ermöglichen uns ein tieferes Verständnis der verschiedenen Verhaltensweisen von Elektronen und zeigen uns, wie wir dieses Wissen zur Förderung der Entwicklung neuer Technologien nutzen können. Doch welche unbekannten Elektronenreisen warten in diesem riesigen physikalischen Universum in der Zukunft darauf, von uns erforscht zu werden?
