Electronul

Mic, ușor, cu o sarcină electrică negativă, dar responsabil pentru tot ceea ce există în jurul nostru. Fară această particulă, chimia nu ar fi fost posibilă, și totodată nici biologia. Curentul electric pe care noi îl folosim în viața de zi cu zi este tot un produs al electronilor, mai exact mișcarea acestora dintr-un atom în altul de-alungul unui conductor electric.

Electronii sunt așezați în jurul nucleului pe diferite straturi de energie. Ultimul strat este cel de care electricienii sunt interesați cel mai mult. Un bun conductor electric este acela cu un număr redus de electroni (1 sau 2) pe ultimul strat. Trebuie reținut faptul că electronii nu se pot atinge între ei, deșii forța gravitațională încurajează acest lucru, respingerea electromagnetică, care este de aproximativ de un milion de miliarde de miliarde de miliarde de miliarde de ori mai puternică (10^42), îi ține depărtați.

Electronul este, de asemenea, responsabil pentru tot spectrul luminii, de la microunde până la razele gamma (unde de frecvență foarte înaltă).

În mecanica quantică, toate particulele au “dublă personalitate”, comportându-se atât ca particulă cât și ca undă tri-dimensională. Acum ceva timp, când a fost descoperit curentul electric, oamenii își imaginau electronii precum un lichid care trece prin fire, ceea ce nu e chiar atât de greșit precum ne imaginăm, însă noul model este mult mai detaliat și oferă explicații mult mai detaliate referitoare la efectele produse de această mică particulă.

Știm cu toții că aerul nu conduce curentul electric, pentru că dacă l-ar fi condus, electronii din firele neizolate ar fi pătruns în mediul aerian fără niciun fel de ezitare. Însă întrebarea este de ce nu poate curentul electric să treacă prin atomii care alcătuiesc aerul. Răspunsul ține tot de numărul de electroni aflați pe ultimul strat al atomilor. Răsturnând afirmația precedentă care spune că cele mai bune conductoare electrice au între unul și doi electroni pe ultimul strat, putem spune că cele mai bune izolatoare electrice sunt elementele cu un număr maxim de electroni pe ultimul strat (8) – adică gazele nobile care nu interacționează cu alte elemente, neformând molecule, aflându-se aproape tot timpul în stare gazoasă, putând fi condensate sub formă de lichid la temperaturi foarte apropiate de zero absolut (-273.15 C).

Curentul electric, energia statică și magnetismul sunt rezultate ale electronilor, însă fiecare funcționează diferit. După cum am putut vedea mai devreme, electronii se resping unii pe alții, având sarcină electrică identic-negativă. Direcția lor de mișcare într-o singură direcție creează ceea ce noi numim curentul electric continuu, care în același timp crează și un câmp magnetic în jurul conductorului prin care trece. Acest câmp poate fi folosit pentru a schimba direcția de mișcare a electronilor din anumite metale precum fierul, cobaltul, nichelul, oțelul și alte câteva metale rare, ducând la crearea unui electromagnet care va funcționa atât timp cât curentul electric trece prin acel conductor în aceeași direcție.

Un electromagnet simplu poate fi create prin înconjurarea unui cui de fier cu un conductor precum cuprul (de preferat, să fie izolat), apoi trebuie conectate capetele conductorului la o baterie cu un voltaj suficient (≥9V). Electronii vor parcurge traseul de la semnul negativ (-) al bateriei spre semnul pozitiv (+), unde sunt așteptați de ioni pozitivi, formând atomi cu o sarcină electrică neutră. În tot acest timp, atomii conductorului sunt într-o continuă mișcare, creând rezistență electrică electronilor care parcurg traseul lor din atom în atom, de aceea este recomandat ca tot ceea ce este electric să fie păstrat la temperaturi cât mai scăzute, pentru a reduce rezistența electrică cauzată de agitarea atomilor. Tot din acest motiv, cele mai bune conductoare electrice, numite super-conductoare, sunt răcite la temperaturi mai mici de -200 C cu ajutorul gazelor lichefiate (nitrogen sau heliu), înlăturând în totalitate rezistența electrică.