Elektron

leichtestes der elektrisch geladenen Elementarteilchen aus der Familie der Leptonen; Symbol: e^–; bildet zusammen mit Protonen und Neutronen Atome und Moleküle; verantwortlich für die chemische Bindung und für die meisten der makroskopischen Eigenschaften von Festkörpern, wie elektrische Leitfähigkeit und Magnetismus, Wärmeleitfähigkeit, optisches und dielektrisches Verhalten, aber auch strukturelle und mechanische Eigenschaften. Elektronen besitzen die kleinste, unteilbare negative Ladung (1,602 176 462 · 10^–19 Coulomb). Die Masse des ruhenden Elektrons beträgt m = 9,109 381 88 · 10^–31 kg; es ist rund 1836-mal leichter als das Proton. Das Elektron und sein Antiteilchen, das elektrisch positiv geladene Positron (e⁺), haben halbzahligen Spin. Sie sind also Fermionen, die der Fermi-Dirac-Statistik unterliegen.

Alle elektrischen Vorgänge beruhen auf Bewegungen von Elektronen: Werden einem Körper Elektronen zu- oder abgeführt, so lädt er sich negativ bzw. positiv auf; einer gerichteten Bewegung von Elektronen entspricht der Stromfluss, beschleunigte Bewegungen (z. B. Schwingungen) ergeben elektromagnetische Wellen. Elektronenabtrennung aus Atomen, Molekülen oder z. B. Metallen bedeutet Ionisation, sie kann erreicht werden durch starke elektrische Felder (Feldemission), Beschuss mit Elektronen hoher kinetischer Energie (Sekundäremission oder Stoßionisation), Temperaturerhöhung (Glühemission) oder elektromagnetische Strahlung wie Licht- oder Röntgenstrahlen (Photoemission). Die Kraft F⃗ auf ein sich mit der Geschwindigkeit v⃗ bewegendes Elektron im elektrischen Feld E⃗ und im Magnetfeld B⃗ ist die Lorentz-Kraft, F⃗ = –e·[E⃗ + (v⃗×B⃗)]. Im Vakuum frei bewegliche Elektronen stoßen sich gegenseitig ab und fliegen im elektrischen Feld in Richtung des positiven Potenzials; im Magnetfeld bewegen sie sich senkrecht zu den Feldlinien. Ein vorher ruhendes Elektron wird z. B. durch eine Spannung von 1 Volt auf eine Geschwindigkeit von 593 km/s beschleunigt. Anwendung finden freie Elektronen z. B. beim Elektronenstrahlschweißen, im Elektronenmikroskop, in Bild-, Elektronen- und Röntgenröhren sowie in Teilchenbeschleunigern.