בעבר נחשב האטום למרכיב החומר הבסיסי ביותר. האטום מכיל את הגרעין אשר מורכב מפרוטונים ונויטרונים, ומאלקטרון הנע סביבם. הסרטון שלפנינו מסביר בקצרה על האלקטרון ועל חלקו במודל הסטנדרטי.     

סרטון זה תורגם בידי צוות אתר דוידסון אונליין
הסרטון הופק בידי cassiopeia project

סרטון זה הינו חלק מסדרה בת 10 חלקים.
פרוטון, נויטרון, אלקטרון, פוטון, גלואון, גרביטון, ניטרינו, קווארק למעלה, קווארק למטה, בוזונים חלשים
 

12 תגובות

  • דורון

    הכוח המניע את האלקטרון

    האם המדע יודע כיום מהו אותו "כוח אנרגטי" שמניע את האלקטרון סביב גרעין האטום? הרי אנרגיה לפי חוק שימור האנרגיה - אנרגיה לא נוצרת ונעלמת. אז מאיפה נובעת האנרגיה והכוחות החשמליים שגורמים לתזוזת האלקטרונים?

  • הללי

    שאר תשעת החלקים

    ארז שלום

    היכן אפשר למצוא את סדרת הסרטונים/ הסברים הנוספים?
    בתודה, הללי

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    תשובה

    שלום הללי
    עדכנתי את הקישורים לחלקים האחרים לסדרה מתחת לסרטון
    כל טוב
    ארז

  • הללי

  • הילה משולם

    הכח החלש בגרעין וקרינה רדיואקטיבית

    1. תוכל להסביר למה הכוונה שהמטען החשמלי של האלקטרון מייצר את הכח החלש בגרעין?

    2. אפרופו קרינה רדיואקטיבית. אני מבינה שכאשר הכח החלש נפלט לאחר ביקוע גרעיני, יש קרינה רדיואקטיבית. האם תיפלט קרינה רדיואקטיבית גם אם נבקע אטום של חומר שאינו רדיואקטיבי? הכח החלש בפני עצמו הוא רדיואקטיבי או רק בחומרים מסוימים?

    תודה!

  • ירון גרוס

    רדיואטקיביות

    1. אני לא בטוח למה הכווונה. הכח החלש אינו קשור למטען החשמלי של האלקטרון. זהו כח נפרד מהכח האלקטרומגנטי שמושפע/משפיע על מטענים חשמליים . הכח החלש מעורב בתהליך המוביל לקרינת בטא. תהליך בו נויטרון הופך לפרוטון ומשחרר אלקטרון מן הגרעין - אולי לכך התכוונת?
    2. כוחות הינם רדיואקטיבים. אטומים מסוימים יכולים להיות רדיואקטיבים, כלומר לפלוט קרינה, בעקבות תהליכים הקשורים לכוחות (הגרעיניים) אולם הכוחות העצמם אינם מוגדרים כרדיו אקטיבים.

    קרינה נפלטת מאטומים רדיואקטייבים עקב תהליכים שקורים בהם, לדוגמה קרינת בטא נפלטת כאשר נויטרונים הופכים לפרוטונים. תהליכים אלו קורים באטומים רדיואקטיבים.
    כאשר אטום מתבקע, בתהליך הביקוע עצמו נפלטת קרינה. לאחר מכן, האם תמשיך להפלט קרינה או לא תלוי בתוצרים של תהליך הביקוע. אם הלו אטומים רדיואקטיבים תפלט קרינה ואם לא - אז לא

  • הילה משולם

    אלקטרון והולכה חשמלית

    האם תוכלו להסביר על הולכה חשמלית/התנגדות ועל הקשר לתנועת האלקטרונים והפרוטונים בחומר?

    תודה.

  • ירון גרוס

    אלקטרונים, הולכה התנגדות

    נתחיל בהולכה חשמלית. לאלקטרונים ישנו מטען שלילי לכן כאשר פועל שדה חשמלי, הם מאיצים בכיוון ההפוך לשדה החשמלי במצב כזה יש תנועה בלתי פוסקת של אלקטרונים בכיוון זה, כלומר יש תנועה של מטען חשמלי. תוכלי להסתכל על חתך מסוים ולשאול כמה אלקטרונים חצו את החתך הזה בשניה. מאחר ולכל אלקטרון יש מטען חשמלי המשמעות של כך היא שתדעי כמה מטען עבר בחתך זה בשניה אחת - זוהי הגדרתו של הזרם.

    עכשיו נשאל ומה קורה בתוך חומר? בתוך מתכת לדוגמה או מוליך למחצה, כאשר אנו מפעילים שדה חשמלי חיצוני, הרי יש לא רק אלקטרונים בחומר אלא גם יונייים חיוביים (ובתוכם הפרוטונים שבחומר). כיצד הם משפיעים על ההולכה? האם הם המקור להתנגדות? (שעד עכשיו לא אמרנו מה היא). ההגיון אומר שבתוך חומר שכזה האלקטרון יתקע כל הזמן ביוניים החיוביים, דבר אשר יקשה על ההולכה החשמלית. אבל צריך להזהר בכיוון המחשבה הזה, הוא נכון, אבל הפרטים הם שחשובים

    אם נסתכל על חומר רגיל, מתכת כלשהי לדוגמה או מוליך למחצה המבנה הבסיסי של החומר הוא גביש, כלומר תבנית מאוד מסודרת ומחזורית של אטומים. דבר מאוד מענין הוא, שהפרוטונים/אטומים שנמצאים במקומם בתוך התבנית המסודרת אינם מביאים להתנגדות של החומר. הם אינם מפריעים לאלקטרונים לנוע מצד אחד של החומר עד לצידו השני מבלי הפרעה. זוהי תוצאה של המבנה המחזורי שלהם. הם כן משפיעים על תכונות אחרות של האלקטרונים (כמו המאסה שלהם, האנרגיה שלהם וכו') אבל לא תורמים להתנגדות.

    אבל, בכל חומר קיימים גם אטומים/יונים אשר אינם נמצאים במקום ה"הנכון" כלומר קיימים פגמים בגביש מכל מיני סיבות . אלו יכולים להיות פשוט אטומים של אותו החומר אשר יצאו ממקומם בגביש, או אטומים של חומר אחר אשר נספחו אל הגביש. האלקטרונים "רואים" את הפגמים הללו בגביש, הם מתנגשים בהם, והם המקור להתנגדות.

    זוהי ההקדמה (סליחה על האורך) ועכשיו אני אתאר מודל מאוד פשוט (הנקרא מודל דרודה) להסבר של ההתנגדות.

    נניח שאת מפעילה שדה חשמלי (שמה הפרש מתחים) על מתכת מסוימת. האלקטרונים מתחילים להאיץ בעקבות כך. אם לא היו פגמים במתכת הם היו מאיצים ללא הגבלה, ולא היתה כל התנגדות למתכת. אולם, כמו שאמרנו במתכת יש פגמים. אלו מפוזרים באופן אקראי לגמרי, אבל אפשר להגדיר שבממוצע כל זמן t אלקטרון מתנגש בפגם כזה. כאשר האלקטרון מתנגש הוא נזרק לכיוון אקראי. במהלך ההתנגשות הוא מעביר חלק מהאנרגיה שלו לפגם, כלומר לחומר עצמו. לאחר ההתנגשות הוא שוב חוזר להאיץ לכיוון השדה, אולם כאמור המהירות שלו ברגע זה הינה אקראית.

    כך האלקטרונים נעים בחומר הם מאיצים בכיוון שמכתיב השדה ואז מתנגשים בפגם ונזרקים לכיוון אקראי, מאיצים שוב ושוב מתנגשים בפגם וחוזר חלילה. מה שמענין הוא שבסופו של דבר בעקבות התהליך הזה, האלקטרונים מגיעים בממוצע למהירות קבועה. במקום להאיץ "בלי סוף" המצב מתייצב על שיוי משקל בו לאלקטרונים מהירות ממוצעת. קבועה. ולכן קיים זרם קבוע של אלקטרונים, כלומר זרם חשמלי קבוע בכל נקודה לאורך המוליך. המהירות הזו נקבעת על פי השדה החשמלי וגם על פי t הזמן הממוצע בין ההתנגשויות. ככל שיש יותר פגמים, t קטן יותר והמהירות הממוצעת קטנה יותר עבור אותו שדה חשמלי, כלומר יש זרם קטן יותר כלומר ההתנגדות גדולה יותר. לכן התנגשויות אלו הם המקור להתנגדות.

    אנחנו יודעים גם שכאשר זרם זורם בחומר בעל התנגדות, החומר מתחמם. המודל שהסברתי מסביר גם זו. כאמור כל פעם שאלקטרון מתנגש בפגם בגביש, הוא מעביר לו אנרגיה, אנרגיה זו משתחררת בצורת חום. בעצם האלקטרון צובר אנרגיה קינטית מאחר והשדה החשמלי מאיץ אותו, ואז הוא נתקע בפגם וחלק מהאנרגיה הזו הופך לחום.

    מקווה שעזרתי. אם יש שאלות נוספות אשמח לנסות לענות עליהן

  • הילה משולם

    שאלות הבהרה

    תודה על ההסבר המפורט. יש לי מס שאלות להבהרה:

    1. כשאומרים "שדה חשמלי" הכוונה לשדה שמקיף את הגרעין בעל מטען חיובי של הפרוטונים?

    2. האם האלקטרונים אחראים על הולכת הזרם החשמלי בגלל התנועה שלהם? מדוע מטען שלילי פועל הפוך לשדה חשמלי וגורם לתנועת האלקטרונים? (ההיגיון אומר שאמורים לנוע דווקא בכיוון השדה כי הם מינוס והשדה הוא פלוס)? ובכלל תוכל לתת הגדרה מה זה מטען שלילי ומטען חיובי?

    3. לפי מה שהבנתי מההסבר שלך, בחומרים שאינם מוליכים ההתנגדות לזרם החשמלי גדולה יותר, ולכן הזרם החשמלי נמוך יותר. האם זה אומר שבחומרים שאינם מוליכים יש יותר "פגמים"? האם זה אומר שהאלקטרונים בחומרים אלה נעים ממש לאט? האם זרם חשמלי נוצר רק מעל סף התנגדות מסוים?

    4. כשיש יותר התנגדות בחומר, אז הוא מתחמם יותר?

    תודה רבה!

  • ירון גרוס

    תשובות הבהרה

    1. שדה חשמלי מוגדר כך - על גוף עם מטען חשמלי Q פועל QE, כאשר E הוא השדה החשמלי. זה בעצם הכח ליחידת מטען. המקור לשדה חשמלי הוא מטענים חשמליים. באטום לדוגמה הגרעין הטעון חיובית יוצר שדה חשמלי כפי שציינת בתגובתך.
    2. כן. כאשר את מודדת מהו הזרם החשמלי בנקודה מסוימת את למעשה מודדת מהי כמות המטען החשמלי ליחידת זמן שעוברת בנקודה זו. מאחר ולכל אלקטרון מטען זהה אפשר במקום זה להגדיר את הזרם ככמות האלטקרונים ליחידת זמן. הזרם הוא מכפלה של כמות האלקטרונים, במהירותם במטען שלהם.

    מינוס או פלוס - זוהי הגדרה מתמטית בלבד. השדה מוגדר מתמטית כך שהכח הפועל הוא מכפלת השדה במטען החשמלי. ניתן היה להגדיר אותו גם עם סימן שלישי. גם ההחלטה שמטען האלקטרון הוא שלילי והפרוטון הוא חיובי היא החלטה שרירותית. המצב יכול היה להיות מוגדר הפוך. מה שחשוב הוא היחס בין המטענים כלומר. הכח החשמלי הפועל בין שני גופים טעונים עומד ביחס ישר למכפלת המטענים שלהם. אם שניהם בעלי אותו סימן (שלישי או חיוובי), הכל יהיה חיובי, כלומר הם ידחו אחד מהשני. אם הסימן שלהם הפוך, הכח ביניהם שלישי, והם דוחים זה את זה.

    3. יש מספר סוגים שונים של מבודדים. החומרים שאת תיארת הם "מוליכים גרועים" כלומר מוליכים עם כלכך הרבה פגמים שלבסוף הם יוליכו כלכך גרוע, שכבר נגיד שהם מבודדים. בממוצע אפשר לחשוב שהאלקטרונים נעים בהם מאוד מאוד לאט
    מבודדים נפוצים יותר מה מבודדים בהם אין אלקטרונים פנויים בשביל להוליך. כאשר נוצר חומר מסודר, האלקטרונים בו מתחלקים לרמות אנרגיה שונות, וככלל (אני לא רוצה להכנס מידי לפרטים אלא אם כן תבקשי), כאשר רמת אנרגיה מלאה לחלוטין באלקטרונים או ריקה לחלוטין, היא אינה תורמת להולכה של החומר. רק כאשר יש רמת אנריגה שאינה מלאה לחלוטין, ישנה בחומר הולכה.
    לכן יכולים להיות חמורים טהורים מאוד, ללא פגמים, שעדין יהיו מבודדים מאחר וכל רמות האנרגיה שלהם מלאות או ריקות

    4. אם את משווה בין שני חומרים, אשר זורם בהם אותו זרם בדיוק אולם יש להם התנגדות שונוה (המשמעות היא שהמתח עליהם יהיה שונה) אז בהחלט, החומר בעך ההתנגדות הגבוהה יותר יתחמם יותר. היחס הוא ריבועי. כלומר הספק החימום היא הזרם כפול ריבוע ההתנגדות

  • גלעד

    אלקטרון

    האם האלקטרון אי פעם נצפה בעין (דרך מיקרוסקופ)? אם לא אז איך זה שמודעים לקיומו?

  • עידו קמינסקי

    צפיה באלקטרון

    אלקטרון לא נראה באמצעות מיקרוסקופ מסיבות רבות, הוא קטן מידי, להחזיק אותו במקום מוגבל בחלל ללא תנועה זו משימה קשה מאוד וכו'

    אולם יש דרכים רבות להבחין בקיומו של האלקטרון דרך תופעות המתרחשות כתוצאה מקיומו.

    הדרך הישירה ביותר, הינה גילוי של האלקטרון בגלאי חלקיקים. גלאים כאלו, כדוגמת הגלאים אשר מוצביים בניסויים ידועים של מאיצי חלקיקים כמו הLHC, מורכבים מלוחות גדולים וכאשר חלקיקים עוברים דרכם נוצרת תמונה של המסלול שלהם, וניתן למדוד ממנה את מאסת החלקיק, המטען שלו, ולעיתים גם הספין שלו. גלאים מסוג אלו מאתרים כל העת אלקטרונים.

    דרך אחרת הינה באמצעות מדידות דווקא של קרינה, לדוגמה בגובה רב באטמוספרה ניתן למצוא פוזיוטרונים, אנטי אלקטרונים, כאשר הם נפגשים עם האלקטרונים שבאטמוספרה הם פולטים קרינה בתדר ואנרגיה מסוימת מאוד איתור קרינה זו משמעותה איתור אלקטרונים ופוזיוטרונים .

    גם אלקטרונים הנמצאים בתוך חומר, לדוגמה מתכת, ניתנים "לצפיה" באופן עקיף מאוד, לדוגמה באמצעות האפקט הפוטו אלקטרי. אפקט זה יכול להתקיים רק בתנאי שהאלקטרונים קיימים והם חלקיקים בודדים.

    דרך נוספת הינה באמצעות מדידת זרם. כאשר מודדים זרם ניתן לבצע מה שנקרא מדידת רעש. במדידה זו בודקים לא מהו הזרם הממוצע שמגיע, אלא ממש בודקים עד כמה הזרם משתנה עם הזמן. בגלל שהזרם החשמלי מורכב מחלקיקים, מאלקטרונים יש כל הזמן שינויים.. מידי פעם מגיעים הרבה אלקטרונים מידי פעם מעט, ומדידה שכזו יכולה לקבוע כי אכן הזרם מגיע בחלקיקים ולא באופן רצי,ף וגם לזהות מהו המטען...

    אלו הן רק מספר דרכים מועט מתוך דרכים רבות ומגוונת. המדע היום התחפתח עד למצב שמדענים מסוגלים לכלוא אלקטרון בודד במלכודת למשך זמן רב ולחקור אותו ואת ההשפעה שלו על הסביבה ושל הסביבה עליו. לכן גם אם האלקטרון קטן מידי בשביל לראות בעין אנו מודעים היטב לקיומו.

    דרך אגב, פעמים רבות המונח לראות בעין הינו מבלבל ומטעה, אנו נוהגים להאמין לתמונה (שהרי תמונה אחת שווה אלף מילים), אבל כיום צריך תמיד לתהות כיצד נילקחה התמונה, הרבה תמונות, במיקרוסקופים חדשים ומשוכללים (וביניהם מיקרוסקופ אלקטרונים, מציגים תמונה מעובדת מאוד, אשר למעשה לוקחת אפקט של הבחנה עקיפה בעצם (לדוגמה מדידה של כמות הפוטונים/אלקטרונים הנפלטת ממנו בתדר/אנרגיה מסוימת) ותרגום שלה לתמונה שהעין שלנו יכולה להבין.

    ירון גרוס