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电子的字词解释编辑本段回目录

英文解释

英文解释:electron,electronic  

电子-模型图电子-模型图

 n.   电子   electron   e.lec.tron  

 n.Abbr. e(名词)缩写 e  

 A stable subatomic particle in the lepton family having a rest mass of 9.1066 × 10-28 gram and a unit negative electric charge of approximately 1.602 × 10 -19 coulomb. See table at subatomic particle   electr(ic)   electr(ic)   -on 1   -on1   electron   e.lec.tron   n.Abbr. e

中文解释:
电子:轻子族里一种稳定的亚原子粒子[6],其静止质量为0克,负电荷大约1.602×10 的-19次方库仑 参见 subatomic particle

历史发现编辑本段回目录

生于十八世纪,富兰克林对于电学贡献良多生于十八世纪,富兰克林对于电学贡献良多

早在古希腊时期,人们就发现摩擦过的琥珀(希腊语 ήλεκτρον / ēlektron )能吸引轻小物体,他们称这种现象为电 (electricity) 。

在中国,古人王充所著书籍《论衡》 (约公元一世纪,即东汉时期)中有关于静电的记载:“顿牟掇芥”,顿牟就是琥珀,当琥珀经摩擦后,即能吸引像草芥一类的轻小物体。但古代中文对于电并没有更深入的了解。

探索与发现

英国人威廉·吉尔伯特、法国人查尔斯·杜菲等先后研究和发表了许多关于电的现象和电的特性。但是他们都是通过摩擦的方法产生的电,并且都没有办法存储住大量的电荷。一直到荷兰莱顿大学的物理学教授彼德·马森布罗克发明出了用电容原理储存电荷的莱顿瓶,才为人类进一步研究打下基础。

到 18 世纪,美国人本杰明·富兰克林意识到闪电与摩擦起电是相似的过程,并且做风筝实验证实。富兰克林认为在正常状况,每一种物质都含有固定比例的电量。假设,经过某种程序,促使物体得到更多电,则称此物体带正电;假设,经过另一种程序,促使物体失去电,则称此物体带负电。假设,这两个物体互相接触到对方,电流会从带正电物体流往带负电物体,这样,设定了电流方向(与我们今天认识到的电子流动方向正好相反)。

在黑暗中,做摩擦起电的动作,就能够看到电火花,空中的闪电也是有颜色的。可是要研究电流本身的颜色,必须有一个能够提供长时间持续平稳电流的电源。但是上述几位研究者都无法得到这电源。意大利人亚历山德罗·伏打发明的伏打电堆解决了这一问题。后来,麦可·法拉第又研究出更廉价的发电机,使得长时间维持大量电流变得更加容易。第二问题的解决则是由德国人海因里希·盖斯勒完成,这位杰出的吹管工人,做成了一台以水银的往复运动为原理的真空泵。他又利用这台真空泵,制造出当时世界上最纯的真空管,后来称为盖斯勒管。19世纪50年代,德国物理学家尤利乌斯·普吕克助手模板将一支空气含量万分之一的玻璃管两端装上两根白金丝,并在两电极之间通上高压电,便出现了辉光放电现象。普吕克和他的学生约翰·希托夫发现,辉光是在带负电的阴极附近出现的。1858年,普吕克报告了这一现象,并且提出富兰克林的猜测是错误的——即电荷是从阴极发射到阳极而不是相反。可是那辉光的本质到底是不是电流,普吕克还不能确定,他认为可能是稀薄气体或是电极上脱落下来的金属。

德国人尤金·高德斯坦后来将不同的气体释入真空管,并且用不同的金属做电极,但都得到同样的实验结果。于是,他认为这种辉光与电流本身有关,并且将它命名为阴极射线。普吕克的学生希托夫继续了老师的实验。他将真空管做成圆球状并且在阴极与阳极之间放置了十字形的金属箔片,在阳极的位置果然出现了阴影,这说明从阴极确实发射出了一些东西(现在我们知道这就是电子)。他还发现即使将金属换成透明的云母也能产生阴影——这说明这种辉光不同于可见光。然而,要做出进一步的研究要真空度更高的真空管才行。

英国人威廉·克鲁克斯在1878年利用一种水银真空泵,制造出了气体含量仅为盖斯勒管1/75000的,被人们称作克鲁克斯管的真空管。克鲁克斯注意到,当逐渐抽出克鲁克斯管内的气体时,阴极附近开始出现黑暗区域,随着真空度的增加,这黑暗区域也会扩张。克鲁克斯认为,这现象与阴极粒子的平均自由径有关;黑暗区域与辉光区域的界面,即为粒子与气体分子相互碰撞的起始面;在黑暗区域内,没有什么碰撞;而在辉光区域,发生了很多碰撞事件;在管面的萤光,则是因为粒子与管面发生碰撞。

克鲁克斯等英国物理学家认为阴极射线并不是射线,而是一种带电粒子。这观点遭到了以海因里希·赫兹为首的德国物理学家的反对。赫兹的学生德国物理学家菲利普·莱纳德在1889年进行了一个实验:他在阳极安装了薄铝箔窗,这样就能把阴极射线导出到空气中。赫兹提出,阴极射线能够穿过薄金属箔,因此它不可能是粒子(事实上,如果金属箔足够薄,光线同样也能通过)。同时,赫兹还在真空管的两侧施加了电场,结果发现并没有观察到预期的偏转(赫兹的电场加得不够大,偏转难以观察到,用磁场会产生更好的效果),这更加坚定了他的信念。

1895年,让·佩兰发现阴极射线能够使真空管中的金属物体带上负电荷,支持了克鲁克斯的理论。1897年,剑桥大学卡文迪许实验室的约瑟夫·汤姆逊重做了赫兹的实验。使用真空度更高的真空管和更强的电场,他观察出阴极射线的偏转,并计算出了阴极射线粒子(电子)的质量-电荷比例,因此获得了1906年的诺贝尔物理学奖。汤姆逊采用1891年乔治·斯托尼所起的名字——电子来称呼这种粒子。至此,电子作为人类发现的第一个亚原子粒子和打开原子世界的大门被汤姆孙发现了。

于 1896 年,在研究天然发萤光矿石的时候,法国物理学家亨利·贝克勒尔发现,不需要施加外能源,这些矿石就会自然地发射辐射。这些放射性物质引起许多科学家的兴趣,包括发现这些放射性物质会发射粒子的新西兰物理学家欧尼斯特·卢瑟福。按照这些粒子穿透物质的能力,卢瑟福替这些粒子分别取名为阿伐粒子和贝他粒子(“阿伐”是希腊字母的第一个字母“α”,“贝他”是第二个字母“β”)。于 1900 年,贝克勒尔发现,镭元素发射出的贝他射线,会被电场偏转;还有,贝他射线和阴极射线都有同样的质量-电荷比例这些证据使得物理学家更强烈地认为电子本是原子的一部分,贝他射线就是阴极射线。

美国物理学家罗伯特·密立根于 1909 年做了一个著名实验,准确地测量出电子的带电量。这实验称为油滴实验。在这实验里,他使用电场的库仑力来平衡带电油滴所感受到的引力。从电场强度,他计算出油滴的带电量。他的仪器可以测量出含有 1–150 个离子的油滴的带电量,误差小于 0.3% 。他发现每一颗油滴的带电量都是同一常数的倍数,因此,他推论这常数必是电子的带电量。汤姆孙和学生约翰·汤森德John Townsend。,使用电解的离子气体来将过饱和水蒸气凝结,经过测量带电水珠粒的带电量,他也得到了相似结果。于1911 年,亚伯兰·约费Abram Ioffe。使用带电金属微粒子,独立地得到同样的结果.他发表这结果于 1911 年。但是,油滴比水滴更稳定,油滴的蒸发率较低,比较适合更持久的精准实验。

二十世纪初,实验者发现,快速移动的带电粒子会在经过的路径,使过冷却、过饱和的水蒸气凝结成小雾珠。于 1911 年,应用这理论,查尔斯·威耳逊设计出云室仪器。实验者可以用照相机拍摄快速移动电子的轨道。这是早期研究基本粒子的重要仪器。

原子理论
约瑟夫•汤姆逊,电子的发现者约瑟夫•汤姆逊,电子的发现者

在不同的时代,人们对电子在原子中的存在方式有过各种不同的推测。

最早的原子模型是汤姆孙的梅子布丁模型。发表于 1904 年,汤姆孙认为电子在原子中均匀排列,就像带正电布丁中的带负电梅子一样。1909年,著名的卢瑟福散射实验彻底地推翻了这模型。

卢瑟福根据他的实验结果,于1911 年,设计出卢瑟福模型。在这模型里,原子的绝大部分质量都集中在小小的原子核中,原子的绝大部分都是真空。而电子则像行星围绕太阳运转一样围绕着原子核运转。这一模型对后世产生了巨大影响,直到现在,许多高科技组织和单位仍然使用电子围绕着原子核的原子图像来代表自己。

在经典力学的框架之下,行星轨道模型有一个严重的问题不能解释:呈加速度运动的电子会产生电磁波,而产生电磁波就要消耗能量;最终,耗尽能量的电子将会一头撞上原子核(就像能量耗尽的人造卫星最终会进入地球大气层)。于 1913 年,尼尔斯·玻尔提出了玻尔模型。在这模型中,电子运动于原子核外某一特定的轨域。距离原子核越远的轨域能量越高。电子跃迁到距离原子核更近的轨域时,会以光子的形式释放出能量。相反的,从低能级轨域到高能级轨域则会吸收能量。藉著这些量子化轨域,玻尔正确地计算出氢原子光谱。但是,使用玻尔模型,并不能够解释谱线的相对强度,也无法计算出更复杂原子的光谱。这些难题,尚待后来量子力学的解释。

1916 年,美国物理化学家吉尔伯特·路易士成功地解释了原子与原子之间的相互作用。他建议两个原子之间一对共用的电子形成了共价键。于 1923 年,沃尔特·海特勒Walter Heitler。和弗里茨·伦敦Fritz London。应用量子力学的理论,完整地解释清楚电子对产生和化学键形成的原因。于 1919 年,欧文·朗缪尔将路易士的立方原子模型cubical atom。加以发挥,建议所有电子都分布于一层层同心的(接近同心的)、等厚度的球形壳。他又将这些球形壳分为几个部分,每一个部分都含有一对电子。使用这模型,他能够解释周期表内每一个元素的周期性化学性质。

于 1924 年,奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利用一组参数来解释原子的壳层结构。这一组的四个参数,决定了电子的量子态。每一个量子态只能容许一个电子占有。(这禁止多于一个电子占有同样的量子态的规则,称为泡利不相容原理)。这一组参数的前三个参数分别为主量子数、角量子数和磁量子数。第四个参数可以有两个不同的数值。于 1925 年,荷兰物理学家撒姆耳·高斯密特Samuel Abraham Goudsmit。和乔治·乌伦贝克George Uhlenbeck。提出了第四个参数所代表的物理机制。他们认为电子,除了运动轨域的角动量以外,可能会拥有内在的角动量,称为自旋,可以用来解释先前在实验里,用高分辨率光谱仪观测到的神秘的谱线分裂。这现象称为精细结构分裂。

量子力学

于1924 年,法国物理学家路易·德布罗意在他的博士论文《Recherches sur la théorie des quanta》(《Research on Quantum Theory》) 里,提出了德布罗意假说,假设所有物质都拥有像光子一样的波粒二象性;也就是说,在适当的条件下,电子和其它物质会显示出粒子或波动的性质。假若,物理实验能够显示出,随着时间演化,粒子运动于空间轨道的局域位置,则这实验明确地显示了粒子性质。像光波一类的波动,通过双缝实验的双缝后,会产生干涉图案于探测屏障。这现象毫无疑问地分辨出波动性质。于1927 年,英国物理学家乔治·汤姆孙用金属薄膜,美国物理学家克林顿·戴维孙和雷斯特·革末用镍晶体,分别发现了电子的干涉效应。

德布罗意的博士论文给予埃尔温·薛定谔很大的启示:既然粒子具有波动性,那必定有一个波动方程,能够完全地描述这粒子的物理行为。于 1926 年,薛定谔想出了薛定谔方程。这方程能够描述电子波的传播机制。它并不能命定性地给出电子的明确运动轨道,电子在任意时间的位置。但是,它可以计算出电子处于某位置的几率,也就是说,在某位置找到电子的几率。薛定谔用自己想出的方程来计算氢原子的谱线,得到了与用玻尔模型的预测相同的答案(更详细资料,请参阅氢原子)。薛定谔方程的波动概念,为量子力学创立了一个新的发展平台。再进一步将电子的自旋和几个电子的互相作用纳入考量,薛定谔方程也能够给出电子在其它原子序较高的原子内的电子组态。

于1928 年,保罗·狄拉克研究出狄拉克方程。这公式能够描述相对论性电子的物理行为。相对论性电子是移动的速度接近光速的电子。为了要解释狄拉克方程的自由电子解所遇到的反常的负能量态问题,狄拉克提出了一个真空模形,称为狄拉克之海:即真空是挤满了具有负能量的粒子的无限海。因此,他预言宇宙中存在有正子(电子的反物质搭配)。于 1932 年,卡尔·安德森在宇宙射线实验中首先证实了正子的存在。

于 1947 年,威利斯·兰姆在与研究生罗伯特·雷瑟福 (Robert Retherford) 合作的实验中,发现氢原子的某些应该不会有能量差值的简并态,竟然出现很小的能量差值。这现象称为兰姆位移。大约同年代,波利卡普·库施助手模板和亨利·福立Henry Foley。在共同完成的一个实验中,发现电子的异常磁矩,即电子的磁矩比狄拉克理论的预估稍微大一点。为了解释这些现象,朝永振一郎、朱利安·施温格和理察·费曼,于1940 年代,创建了量子电动力学。

粒子加速器

二十世纪的前半世纪,粒子加速器运作所需的理论与设备都已发展成熟。物理学家可以开始更进一步的研究亚原子粒子的性质。1942 年,唐纳德·克斯特Donald Kerst。首先成功地使用电磁感应将电子加速至高能量。在他领导下,贝他加速器最初的能量达到2.3 MeV ;后来,能量更达到 300 MeV 。1947 年,在通用电器实验室,使用一台70 MeV 电子同步加速器,物理学家发现了同步辐射,移动于磁场的相对论性电子因为加速度而发射的辐射。

1968 年,第一座粒子束能量高达 1.5 GeV 的粒子对撞机,名为大储存环对撞机ADONE。,在意大利的核子物理国家研究院。开始运作。这座对撞机能够将电子和正子反方向地分别加速。与用电子碰撞一个静止标靶相比较,这方法能够有效地使对撞能量增加一倍。从 1989 年运做到 2000 年,位于瑞士日内瓦近郊,欧洲核子研究组织的大型电子正子对撞器,能够实现高达 209 GeV 的对撞能量。这对撞器曾经完成多项实验,对于考练与核对粒子物理学的标准模型的正确性有莫大的贡献。

物理特性编辑本段回目录

分类
電子,夸克,質子之內部結構關係圖電子,夸克,質子之內部結構關係圖

 在粒子物理学里,根据标准模型,电子属于亚原子粒子中的轻子类。电子是基本粒子。在所有带电的轻子中,电子的质量最小,属于第一代基本粒子。渺子和陶子分别为第二代和第三代的轻子。它们的电荷量、自旋和基本相互作用,都与电子相同;质量都大于电子。轻子与夸克的主要不同点是轻子不以强核力与其它粒子相互作用。轻子的自旋是半奇数。凡是自旋为半奇数的粒子都是费米子。所以,轻子是费米子。电子的自旋是1/2 。

基本性质

电子的质量大约为 9.109 × 10-31 公斤或 5.489 × 10-4 amu。根据阿尔伯特·爱因斯坦的质能等价原理,这质量等价于 0.511 MeV 静止能量。质子质量大约为电子质量的 1836 倍。天文测量显示出,至少在最近这半个宇宙的年龄期间,这质量比例都保持稳定不变,就如同标准模型所预测的一样。

电子带有的电量是基本电荷电量: -1.602 × 10-19 库仑。这是亚原子粒子所使用的电荷单位的电量。有些物理学家会提出疑问:电子与质子的绝对带电量是否有可能不相等?很遗憾的是,选用最尖端、最准确的仪器于精心设计的实验,物理学家仍旧无法对这疑问给予明确的解答。基本电荷通常用符号 表示。电子用符号 e-表示;正子用符号e+ 表示;其中,正负号分别表示带有正负电荷。除了带有电荷的正负号不同以外,正子与电子的其它性质都相同。

运动编辑本段回目录

电荷的最终携带着是组成原子的微小电子。在原子中,每个绕原子核运动的电子都带有一个单位的负电荷,而原子核里面的质子带有一个单位的正电荷。正常情况下,在物质中电子和枝子的数目是相等的,它们携带的电荷相平衡,物质呈中型。物质在经过摩擦后,要么会失去电子,留下更多的正电荷(质子比电子多)。要么增加电子,获得更多的负电荷(电子比质子多)。这个过程称为摩擦生电。

自由电子(从原子冲逃逸出来的电子)能够在导体的原子之间轻易移动,但它们在绝缘体中不行。于是,物体在摩擦时传递到导体上的电荷会被迅速中和,因为多余的电子会从物质表面流走,或者额外的电子会被吸附到物体表面上代替流失的电子。所以,无论摩擦多么剧烈,金属都不可能摩擦生电。但是,橡胶塑料这样的绝缘体,在摩擦之后,其表面就会留下电荷。

电子的运动与宏观物体运动区别的几大特征:
(1)、质量很小(9.109×10-31kg);
(2)、带负电荷;
(3)、运动空间范围小(直径约10-10m) ;
(4)、运动速度快(10-6m)。电子的运动特征就与宏观物体的运动有着极大的不同----它没有确定的轨道。因此科学家主要采用建立模型的方法对电子的运动情况进行研究。

排布规律编辑本段回目录

1、电子是在原子核外距核由近及远、能量由低至高的不同电子层上分层排布;
2、每层最多容纳的电子数为n的平方的二倍个(n代表电子层数);
3、最外层电子数不超过8个(第一层不超过2个),次外层不超过18个,倒数第三层不超过32个。
4、电子一般总是尽先排在能量最低的电子层里,即先排第一层,当第一层排满后,再排第二层,第二层排满后,再排第三层。
电子在原子核外空间一定范围内出现,可以想象为一团带负电的云雾笼罩在原子核周围,所以,人们形象地把它叫做“电子云”。

观测编辑本段回目录

远距离地观测电子的各种现象,主要是依靠探测电子的辐射能量。例如,在像恒星日冕一类的高能量环境里,自由电子会形成一种藉著制动辐射来辐射能量的等离子。电子气体的等离子振荡。是一种波动,是由电子密度的快速震荡所产生的波动。这种波动会造成能量发射。天文学家可以使用无线电望远镜来探测这能量。

根据普朗克关系式,光子的频率与能量成正比。当一个束缚电子跃迁于原子的不同能级的轨域之间时,束缚电子会吸收或发射具有特定频率的光子。例如,当照射宽带光谱的光源于原子时,很明显特别的吸收光谱会出现于透射辐射的光谱。每一种元素或分子会显示出一组特别的吸收光谱,像氢光谱。光谱学专门研究测量这些谱线的强度和宽度。细心分析这些数据,即可得知物质的组成元素和物理性质。

在实验室操控条件下,电子与其它粒子的相互作用,可以用粒子探测器。来仔细观察。电子的特征性质,像质量、自旋和电荷等等,都可以加以测量检验。四极离子阱和潘宁阱。可以长时间地将带电粒子限制于一个很小的区域。这样,科学家可以准确地测量带电粒子的性质。例如,在一次实验中,一个电子被限制于潘宁阱的时间长达 10 个月之久。1980 年,电子磁矩的实验值已经准确到 11 个位数。在那时候,是所有测得的物理常数中,最准确的一个。

于2008 年2 月,隆德大学的一组物理团队首先拍摄到电子能量分布的视讯影像。科学家使用非常短暂的闪光,称为阿托秒。脉冲,率先捕捉到电子的实际运动状况。

在固态物质内,电子的分布可以用角分辨光电子谱来显像。应用光电效应理论,这科技照射高能量辐射于样品,然后测量光电发射的电子动能分布和方向分布等等数据。仔细地分析这些数据,即可推论固态物质的电子结构。

应用领域编辑本段回目录

电子束
在一次美国国家航空航天局的风洞中文维基百科未有风洞页面,可参考英语维基百科的对应页面wind tunnel。试验中,电子束射向航天飞机的迷你模型,模拟返回大气层时,航天飞机四周的游离气体。在一次美国国家航空航天局的风洞中文维基百科未有风洞页面,可参考英语维基百科的对应页面wind tunnel。试验中,电子束射向航天飞机的迷你模型,模拟返回大气层时,航天飞机四周的游离气体。

电子束科技,应用于焊接,称为电子束焊接。这焊接技术能够将高达 107 W cm−2 能量密度的热能,聚焦于直径为 0.3–1.3 mm 的微小区域。使用这技术,技工可以焊接更深厚的物件,限制大部分热能于狭窄的区域,而不会改变附近物质的材质。为了避免物质被氧化的可能性,电子束焊接必须在真空内进行。不适合使用普通方法焊接的传导性物质,可以考虑使用电子束焊接。在核子工程和航天工程里,有些高价值焊接工件不能忍受任何缺陷。这时候,工程师时常会选择使用电子束焊接来完成任务。

电子束平版印刷术是一种分辨率小于一毫米的蚀刻半导体的方法。这种技术的缺点是成本高昂、程序缓慢、必须操作于真空内、还有,电子束在固体内很快就会散开,很难维持聚焦。最后这缺点限制住分辨率不能小于 10 nm 。因此,电子束平版印刷术主要是用来制备少数量特别的集成电路。

技术使用电子束来照射物质。这样,可以改变物质的物理性质或灭除医疗物品和食品所含有的微生物。做为放射线疗法的一种,直线型加速器。制备的电子束,被用来照射浅表性肿瘤。由于在被吸收之前,电子束只会穿透有限的深度(能量为 5–20 MeV 的电子束通常可以穿透 5 cm 的生物体),电子束疗法可以用来医疗像基底细胞癌一类的皮肤病。电子束疗法也可以辅助治疗,已被X-射线照射过的区域。

粒子加速器使用电场来增加电子或正子的能量,使这些粒子拥有高能量。当这些粒子通过磁场时,它们会放射同步辐射。由于辐射的强度与自旋有关,因而造成了电子束的偏振。这过程称为索克洛夫-特诺夫效应。很多实验都需要使用偏振的电子束为粒子源。同步辐射也可以用来降低电子束温度,减少粒子的动量偏差。一当粒子达到要求的能量,使电子束和正子束发生互相碰撞与湮灭,这会引起高能量辐射发射。探测这些能量的分布,物理学家可以研究电子与正子碰撞与湮灭的物理行为。

成像

低能电子衍射技术 (LEED) 照射准直电子束于晶体物质,然后根据观测到的衍射图案,来推断物质结构。这技术所使用的电子能量通常在 20–200 eV 之间[83]。反射高能电子衍射(RHEED) 技术以低角度照射准直电子束于晶体物质,然后搜集反射图案,从而推断晶体表面的资料。这技术所使用的电子的能量在 8–20 keV 之间,入射角度为 1–4° 。

电子显微镜将聚焦的电子束入射于样本。由于电子束与样本的相互作用,电子的性质会有所改变,像移动方向、相对相位和能量。细心地分析这些数据,即可得到分辨率为原子尺寸的样本影像。使用蓝色光,普通的光学显微镜的分辨率,因受到衍射限制,大约为 200 nm;相互比较,电子显微镜的分辨率,则是受到电子的德布罗意波长限制,对于能量为 100 keV 的电子,分辨率大约为 0.0037 nm。像差修正穿透式电子显微镜。能够将分辨率降到低于 0.05 nm ,足够清楚地观测个别原子。这能力使得电子显微镜成为,在实验室里,高分辨率成像不可缺少的仪器。但是,电子显微镜的价钱昂贵,保养不易;而且由于操作时,样品环境需要维持真空,科学家无法观测活生物。

电子显微镜主要分为两种类式:穿透式和扫描式。穿透式电子显微镜的操作原理类似高架式投影机,将电子束对准于样品切片发射,穿透过的电子再用透镜投影于底片或电荷耦合元件。扫描电子显微镜用聚焦的电子束扫描过样品,就好像在显示机内的光栅扫描。这两种电子显微镜的放大率可从 100 倍到 1,000,000 倍,甚至更高。应用量子隧穿效应,扫描隧道显微镜将电子从尖锐的金属针尖隧穿至样品表面。为了要维持稳定的电流,针尖会随着样品表面的高低而移动,这样,即可得到分辨率为原子尺寸的样本表面影像。

自由电子雷射

自由电子雷射将相对论性电子束通过一对波荡器。每一个波荡器是由一排交替方向的磁场的磁偶极矩组成。由于这些磁场的作用,电子会发射同步辐射;而这辐射会同调地与电子相互作用。当频率匹配共振频率时,会引起辐射场的强烈放大。自由电子雷射能够发射同调的高辐射率的电磁辐射,而且频域相当宽广,从微波到软 X-射线。不久的将来,这仪器可以应用于制造业、通讯业和各种医疗用途,像软组织手术。

其它

阴极射线管的核心概念为,洛伦兹力定律的应用于电子束。阴极射线管广泛的使用于实验式仪器显示器,电脑显示器和电视。在光电倍增管内,每一个击中光阴极的光子会因为光电效应引起一堆电子被发射出来,造成可探测的电流脉波。曾经在电子科技研发扮演重要的角色,真空管藉著电子的流动来操纵电子信号;但是,这元件现在已被晶体管一类的固态电子元件取代了。

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