電子論

用物質是由帶電粒子構成的假設來解釋各種物理現象的理論。經典電子論是1895年由洛倫茲提出的，它把電磁波與物質相互作用歸結為電磁波與物質中電子的相互作用。金屬電子論是1898年由德國物理學家黎開和德魯台提出的，它認為金屬導電和導熱現象是因為金屬中有自由電子的緣故。眾所周知，電子是朝正電位方向運動的，這是一個最基本的科學常識。據此我們就可以做如下的一個實驗。如果二個電子發射槍的正前方，有甲乙的二個正電位，若此時關閉其中一個電子發射槍，只讓另一個電子槍發射電子，那么當關閉甲正電位時，從電子槍發射出來的電子就只會朝乙正電位方向運動。若關閉的是乙正電位，從電子槍發射出來的電子就只會朝甲正電位方向運動。若甲乙二個正電位同時開啟，那么從電子槍發射出來的電子就會同時要受到甲乙二個正電位的引力作用，其引力的合力就會迫使電子朝甲乙兩者的中間位置的方向運動，若此時開啟的是二個電子發射槍，它們發出的電子束就會向內收束。若改甲電為負電位，並且只開啟一個電子發射，在關閉甲負電位時，從電子槍發射出來的電子照樣會朝乙正電位方向運動，若此時同時開啟甲乙正負電位，從電子發射槍發射出來的電子，就不僅只受乙正電位的引力作用，還會要受到甲負電位的斥力作用，因此此時作用於電子上的合外力的方向就是偏離正負電位方向朝外的。據此如果將電子發射槍更換成通電的平行導線，產生的引斥力符合這種解釋。

基本介紹

• 中文名：電子論
• 時間：19世紀末到20世紀初
• 構成：狹義相對論
• 類型：一種電磁理論

簡介

指19世紀末到20世紀初提出來的將巨觀媒質的電磁和光學效應歸於其中所含帶電粒子的作用的一種理論。它的提出不僅是電磁理論的一個重要進展，而且構成狹義相對論和物性微觀理論發展中的一個重要環節。關於巨觀媒質的電磁和光學性質的理論現已在原子的核模型和量子力學、量子統計的基礎上發展成許多門有關的學科,如原子和分子物理學、固體物理學中的有關部分,以及更加專門的半導體物理學、磁學、電介質物理學和超導電物理學等。

早期

早期的發展有W.E.韋伯、B.黎曼和R.克勞修斯等所提出的理論。雖然這些早期的理論未獲得預期的結果，但當時許多物理學家們仍傾向於認為電和磁的現象是由於單個帶電粒子的存在和它們的運動，因為氣體和電解液的導電性質提供了電荷“顆粒性”的證據。

中期

到了19世紀90年代，H.A.洛倫茲在J.C.麥克斯韋理論的基礎上發展了電子論，才開始取得成功。在洛倫茲進行電子論研究的年代（1892年到20世紀初），人們對陰極射線的性質已經作了不少的研究，對它的本質（電子束）的認識也是在這一時期完成的(電子的荷質比e/m於1897年由J.J.湯姆孫測定)。

洛倫茲理論與早先理論的主要差別在於，它將電磁擾動以有限速度傳播的概念引入帶電粒子之間的相互作用中。在當時，電磁擾動被認為是通過以太傳播的，洛倫茲對以太的性質也提出了他的假定。在他看來，巨觀媒質既然可歸結為懸浮在真空中的帶電粒子，媒質中的以太應該在密度和彈性方面都與真空中的一樣，無任何特別之處。當媒質運動時，也不應帶動其中的以太運動。這樣，微觀的電動力學方程就變得簡單明確，而巨觀媒質的電動力學方程可以從這些簡單的微觀方程導出。

發展

在巨觀的電動力學中，可以將場強和電荷電流密度看作是在巨觀尺度上變化的連續函式，而不去分辨那種與原子結構相聯繫的在微觀尺度上的漲落。這種微觀的漲落可以通過在特定範圍的空間平均來消除。這個空間的範圍從巨觀看來應當很微小，但從微觀看來卻又應大得能容納大量的原子或分子。

將電子論套用到磁性方面的有韋伯、W.佛克脫和J.J.湯姆孫等人的工作。但首先獲得了成功結果的是1905年P.朗之萬的理論。他採用了韋伯的觀點，認為抗磁性是所有物質所共有的，而順磁性和鐵磁性只是分子（或原子）具有固有磁矩的物質才有。對於順磁和鐵磁介質，它的抗磁性效應比順磁和鐵磁效應小得多而被掩蓋。

朗之萬用原子內部作軌道運動的電子在外磁場下的拉莫爾進動來解釋抗磁性。由於原子內部電子的運動不易受溫度影響，因而抗磁性很少隨溫度變化（金屬鉍除外，對此朗之萬像J.J.湯姆孫一樣把它歸之於自由電子的效應）。他還用經典統計法計算了順磁介質的磁化強度隨溫度的變化關係。當分子磁矩的取向能與熱運動能相比小得多時，可得出磁化率與絕對溫度成反比，與實驗上的居里定律相一致。

1907年 P.-E.外斯將朗之萬理論加以推廣以解釋鐵磁性。朗之萬和外斯理論雖然獲得了成功的結果，但從理論角度上來看是存在問題的。只有將經典力學換成量子力學，其中的困難才能得到克服。

1911年E.盧瑟福在α粒子散射實驗的基礎上,提出了原子的核模型（原子中心有一帶正電的核，周圍有若干電子圍繞著核運動），1913年N.玻爾對原子中的電子軌道引入了量子化條件以解釋氫原子的光譜譜系。1925～1926年，W.K.海森伯和E.薛丁格等人發展了描述微觀粒子運動規律的系統理論──量子力學。這些成就使人們對微觀世界的認識達到一個新的階段。物性的微觀理論也得到迅速的發展，並逐步形成了許多專門的學科。