Elektron swobodny - pojęcie, które może mieć kilka znaczeń:
Elektron niezwiązany z atomem
Elektrony takie powstają w wyniku
jonizacji
spowodowanej przykładowo
promieniotwórczością naturalną
,
promieniowaniem kosmicznym
lub na skutek
jonizacji termicznej
. W naturalnych warunkach na Ziemi, elektrony te szybko łączą się z atomami
rekombinując
lub przyłączają do obojętnych atomów lub cząsteczek tworząc
jony
ujemne. W
próżni
kosmicznej występują niemal wyłącznie elektrony swobodne, ponieważ jest tu większe
prawdopodobieństwo
napotkania cząstki o wysokiej energii powodującej jonizację, niż wolnej cząstki mogącej przyłączyć elektron.
Swobodne elektrony występują również w materii w stanie
plazmy
, w próżniowych
lampach elektronowych
(np.
kineskopach
), w
akceleratorach cząstek
.
Wolne elektrony uzyskuje się w wyniku
emisji elektronów
z substancji, najczęściej stosowanymi w technice sposobami są:
Elektron słabo związany z atomem
W
zjawisku Comptona
rozpraszania wysokoenergetycznych
fotonów
promieniowania rentgenowskiego
i
gamma
na elektronach walencyjnych,
energia wiązania
elektronu z atomem jest dużo mniejsza od energii, jaką ma foton i jaką uzyskuje w zderzeniu elektron. Dlatego energię wiązania elektronu można pominąć i traktować go jako swobodny. Dotyczy to również zderzenia elektronów walencyjnych z innymi wysokoenergetycznymi cząstkami.
Elektron swobodny w metalu
Elektron taki nie jest związany z żadnym atomem i może swobodnie poruszać się po całej objętości próbki. Jego zachowanie opisuje model prawie swobodnego elektronu
Arnolda Sommerfelda
. Jest to półklasyczny model, który dobrze wyjaśnia wiele własności metali takich jak np.
przewodnictwo elektryczne
i
cieplne
. Energię elektronu swobodnego w tym modelu wyraża wzór
gdzie m * jest
masą efektywną
. Masa ta może przyjmować nawet wartości ujemne, co odpowiada zjawisku odbicia elektronu od sieci krystalicznej.
Zobacz również