Kan jeg selv producere elektroner? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Kan jeg selv producere...

11. april 2013

Kan jeg selv producere elektroner?

Hej Spørg om Fysik
Kan jeg som almindeligt menneske, uden partikel accelerator i køkkenet, producere elektroner?

Sætter man en ledning i stikkontakten, skubber man jo bare de i forvejen eksisterende elektroner i en eller anden retning, og selv en Van de Graaf har brug for jordforbindelse, for at kunne trække elektroner til. Kan man evt. ved en kemisk eller anden proces frembringe elektroner?

Med venlig hilsen
G. N

Elektroner findes overalt, idet alle atomer er omgivet af et antal elektroner, der svarer til deres atomnummer, dvs. der er en elektron omkring et brintatom, og 92 omkring et Uranatom.

Nu er det kun få stoffer, der er enkeltatomer (stort set de ædle luftarter, Helium, Neon Argon Krypton, Xenon, Radon er de eneste under almindelige forhold). De fleste andre atomer er bundet sammen med andre atomer, f.eks. i metaller som Jern, bundet sammen med en masse andre jernatomer, i luften Oxygen og Nitrogen, hvor atomerne er bundet sammen to og to, i organiske stoffer lange kulstofkæder med forbindelser til Hydrogen, ofte også Nitrogen Oxygen osv.

Teslaspole med udladninger

Når man har atomer eller molekyler i naturen, er der lige så mange positive ladninger i stoffet som elektroner, altså stofferne er neutrale udadtil. Elektronerne er den væsentlige faktor i selve sammenbindingen af stofferne.

I metaller specielt er elektronerne ikke fast bundet til et eller to atomer, men en elektron pr. atom danner en elektron ”suppe” i hele metalstykket, som alle metalatomerne i metalstykket er fælles om. Når man sender strøm igennem en ledning, er det disse fælles elektroner der forskydes. Der er altså masser af elektroner at flytte rundt med.

Mange apparater producerer elektroner

Når du vil producere elektroner, mener du nok frie elektroner. Der er mange apparater i ethvert hus, der gør det. Indeni gammeldags TV og computer billedrør er der en elektronkanon, som producerer elektroner ved hjælp af en glødetråd og en højspænding. De gammeldags radiorør fungerer også ved at flytte elektroner. De styres så elektrisk eller magnetisk så de danner det ønskede billede på skærmen eller styrer en strøm igennem røret.

TV billedrør princip

Magnetronen i mikrobølgeovne fungerer ved elektroner i et magnetfelt. Fra enhver glødende metaltråd kan man trække elektroner ud ved at lægge en anden tråd med en positiv spænding ved siden af. Der produceres frie elektroner, hver gang der springer en gnist over i luft, f.eks. ved et tændør (4-5000 gange pr. min.), elektronisk lightere og gastændere. Omkring alle flammer, herunder stearinlys, vil der også være elektroner.

Alle udladningsrør, dvs. reklamelysrør (Neonrør), natriumlamper xenonlamper og kviksølvlamper, lavenergilamper, lysstofrør m.m. indeholder såvel gasioner som elektroner. Problemet er, at elektronerne er lette og ladede, så de bliver meget hurtigt tiltrukket af de positive ladninger der er i nærheden. Som regel i form af atomer og molekyler, og bliver så igen bundet der. Situationen er jo, at da der er lige store positive og negative ladninger fra start i stoffet omkring os, og der bliver så også balance til slut, med uladet materiale.

Xenonlampe

Kortvarige frie elektroner

Et af de steder, hvor man udnytter at der skabes frie elektroner for en kort tid, er de elektroner og ioner, som ioniserende stråling skaber. Mange af de måleapparater, der kan påvise alfa-, beta, eller gammastråling, er baseret på at de ioniserer f.eks. luften, og lader man det ske imellem metalledere med spændingsforskel, trækkes elektronerne imod den positive leder, og giver anledning til en strøm, som så kan bruges til at påvise strålingen. Des større strøm, des mere stråling. Det gælder f.eks. et Geiger-Müller-rør, som mange kender.

De fleste har et tilsvarende apparat siddende i deres bolig i form af en røgalarm, hvori der som regel er et lille kammer med lidt radioaktivt stof, og en lille spænding over (få volt), hvor ioniseringen måles ved strømmen. Alarmen hyler hvis strømmen ændres, og det gør den, hvis der er ild/røg i nærheden (OBS det er ulovligt at åbne kammeret med det radioaktive stof i røgalarmen, og der er i øvrigt ikke noget man kan se).

Geiger-Müller rør

Man har altså producere frie elektroner mange steder. De kan frigøres af UV-lys, ioniserende stråling, højspænding og gnister. Også omkring glødende metal og flammer er der elektroner, som kan trækkes ud ved at lægge en spænding på en elektrode i nærheden.

Elektronflytning i ledninger

Hvis vi snakker om elektronerne i stofferne, nævner brevet elektronflytningen i en ledning (hvor middelhastigheden af elektronerne er ganske lav. Man kan løbe fra dem, men da de står i ”kø” og skubber på hinanden, tændes en loftlampe omgående når man tænder på afbryderen). Der frigøres elektroner ved hjælp af lyset i fotoceller, solceller og andre halvledere, som er lyspåvirkelige, men de bliver indeni materialet, og kan så kun bevirke en strøm. Tilsvarende frigøres der elektroner ved elektroderne i batterier og akkumulatorer, idet energien her kommer fra de kemiske processer indeni disse. Der kan også frigøres elektroner ved at bøje eller slå på visse halvledere eller isolatorer (elektroniske fyrtøjer mm.). I de faste stoffer bemærker vi dem ikke meget, fordi de bare flyttes rundt i de faste stoffer.

Interferens med elektroner

Elektronen kaldes en elementarpartikel. Den har en ladning på 1,60217653 * 10-19 coulomb (1 coulomb pr. sek. i en ledning er det vi kalder 1 ampere. Der passerer altså på et givet sted ved 1 A ca. 6,2 * 1018 elektroner pr. sekund). Elektronen har præcis samme ladning som protonen har.  Og en hvilemasse på 9,1093826 * 10-31 kg det er ca. 1/2000 del af en protons masse.

Elektronen kan både opføre sig som en partikel, men også i andre situationer som en bølge. Man kan lave elektroninterferens akkurat, som interferens med lys. Det var det Niels Bohr kaldte partikel – bølge dualiteten.

Med venlig hilsen
Malte Olsen