อิเล็กตรอน คืออะไร ?
อิเล็กตรอน
อิเล็กตรอน (English: electron) (สัญลักษณ์ e-) เป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ไม่มีใครรู้จักส่วนประกอบหรือโครงสร้างพื้นฐานของมัน; ในคำกล่าวอื่น ๆ เช่น คาดกันโดยทั่วไปว่ามันจะเป็นอนุภาคที่เป็นมูลฐาน อิเล็กตรอนมีมวลที่เป็นประมาณ 1/18636 เท่าของโปรตอน โมเมนตัมเชิงมุมภายใน (สปิน) ของอิเล็กตรอนเป็นค่าครึ่งจำนวนเต็มในหน่วยของ ħ ซึ่งหมายความว่ามันเป็น เฟอร์เมียน (fermion) ปฏิยานุภาคของอิเล็กตรอนเรียกว่าโพซิตรอน มันเป็นเหมือนกันกับอิเล็กตรอนยกเว้นแต่ว่าจะมีค่าประจุไฟฟ้าและอื่น ๆ ที่มีลักษณะตรงกันข้าม เมื่ออิเล็กตรอนชนกันกับโพซิตรอน อนุภาคทั้งสองอาจกระจัดกระจายออกจากกันและกัน หรือถูกประลัย (annihilate)โดยสิ้นเชิง การผลิตคู่ (หรือมากกว่านั้น) เกิดขึ้นจากโฟตอนรังสีแกมมา อิเล็กตรอน ซึ่งถือเป็นรุ่นแรกของตระกูลอนุภาคเลปตอน (lepton) มีส่วนร่วมในแรงโน้มถ่วง มีปฏิสัมพันธ์กับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงแบบอ่อน อิเล็กตรอนเช่นเดียวกับสสารทั้งหมด มีคุณสมบัติทางกลศาสตร์ควอนตัมของทั้งคู่อนุภาคและคลื่น วิ่งอยู่รอบๆ นิวเคลียสตามระดับพลังงานของอะตอมนั้นๆ โดยส่วนมากของอะตอม จำนวน อิเล็กตรอน ในอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีเท่ากับจำนวน โปรตอน เช่น ไฮโดรเจนมีโปรตอน 1 ตัว และอิเล็กตรอน 1 ตัว ฮีเลียมมีโปรตอน 2 ตัว และอิเล็กตรอน 2 ตัว
ตารางธาตุ
การจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็นส่วนหนึ่งที่ทำให้เราสามารถจัดธาตุในตารางธาตุได้ เพราะจากซ้ายไปขวาตามคาบ อิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น อิเล็กตรอนจะเข้าไปอยู่ในวงอิเล็กตรอน (วงที่ 1 วงที่ 2 และอื่น ๆ) แต่ละวงก็ประกอบไปด้วยวงย่อยหนึ่งวงหรือมากกว่านั้น (มีชื่อว่า s p d f และ g) เมื่อเลขอะตอมของธาตุมากขึ้น อิเล็กตรอนจะเข้าไปอยู่ในวงย่อยตามกฎของแมนเดลัง เช่นการจัดเรียงอิเล็กตรอนของนีออน คือ 1s2 2s2 2p6 ด้วยเลขอะตอมเท่ากับ 10 นีออนมีอิเล็กตรอน 2 ตัวในวงอิเล็กตรอนแรก และมีอิเล็กตรอนอีก 8 ตัวในวงอิเล็กตรอนที่สอง โดยแบ่งเป็นในวงย่อย s 2 ตัวและในวงย่อย p 6 ตัว ในส่วนของตารางธาตุ เมื่ออิเล็กตรอนตัวหนึ่งไม่สามารถไปอยู่ในวงอิเล็กตรอนที่สองได้แล้ว มันก็จะเข้าไปอยู่ในวงอิเล็กตรอนใหม่ และธาตุนั้นก็จะถูกจัดให้อยู่ในคาบถัดไป ซึ่งตำแหน่งเหล่านี้เป็นธาตุไฮโดรเจน และธาตุในหมู่โลหะแอลคาไล[24][25] อนุภาค
อิเล็กตรอน โมเลกุล อะตอม นิวตรอน โปรตอน อนุภาคคอลลอยด์ ใน colloid chemistry คือ a one-phase system ขององค์ประกอบสองอย่างขึ้นไป ไฟฟ้า
การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าเราเรียกว่ากระแสไฟฟ้า ความเข้มของมันเราวัดได้ในหน่วยแอมแปร์ กระแสไฟฟ้าสามารถประกอบด้วยการเคลื่อนที่ของอนุภาคใด ๆ ที่มีประจุ โดยทั่วไปส่วนใหญ่อนุภาคเหล่านี้จะเป็นอิเล็กตรอน แต่ประจุใด ๆ ที่กำลังเคลื่อนที่ทำให้เกิดกระแส อิเล็กโทรด
อิเล็กโทรด หรือ ขั้วเชื่อม หรือ ลวดเชื่อม หรือ ขั้วไฟฟ้า[1] (English: Electrode) เป็นตัวนำไฟฟ้าเพื่อใช้แนบกับส่วนที่ไม่ใช่โลหะของวงจรไฟฟ้า (เช่น สารกึ่งตัวนำ อิเล็กโทรไลต์ สุญญากาศ หรืออากาศ) อิเล็กโทรดเป็นคำที่บัญญัติขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ วิลเลียม ฮิวเอ็ลล์ ตามคำของไมเคิล ฟาราเดย์ ซึ่งมาจากคำภาษากรีกว่า elektron ซึ่งจริง ๆ แปลว่า อำพัน แต่นำมาอนุพัทธ์ใช้หมายถึงไฟฟ้า บวกกับคำว่า hodos ซึ่งแปลว่าทาง[2][3] โฟตอน
ทั้งนี้การพิจารณาดังกล่าวเกิดจากการศึกษาปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่โลหะปลดปล่อยอิเล็กตรอนออกมาเมื่อถูกฉายด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า อย่างเช่น รังสีเอกซ์ (X-ray) อิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาถูกเรียกว่า โฟโตอิเล็กตรอน (photoelectron) ปรากฏการณ์ดังกล่าวถูกเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า Hertz Effect ตามชื่อของผู้ค้นพบ คือ นาย ไฮน์ริช เฮิร์ตซ์  ผลกระทบฮอลล์
คุณลักษณะหนึ่งที่สำคัญมากของผลกระทบฮอลล์ก็คือว่ามันสร้างความแตกต่างระหว่างประจุบวกที่เคลื่อนที่ในทิศทางหนึ่งและประจุลบที่จะเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม ผลกระทบฮอลล์ได้นำเสนอหลักฐานจริงครั้งแรกว่ากระแสไฟฟ้าในโลหะถูกนำพาโดยอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ ไม่ใช่โดยโปรตอน ผลกระทบฮอลล์ยังแสดงให้เห็นด้วยว่าในสารบางอย่าง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารกึ่งตัวนำแบบ P) มันจะเหมาะสมกว่าที่จะคิดว่ากระแสเป็นการเคลื่อนที่ของ "โฮล" ที่เป็นบวก แทนที่จะเป็นการเคลื่อนที่โดยอิเล็กตรอนที่เป็นลบ แหล่งทั่วไปของความสับสนเกี่ยวกับผลกระทบฮอลล์ก็คือว่าโฮลจะเคลื่อนที่ไปทางซ้ายแต่ที่จริงๆแล้วอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปทางขวา ดังนั้นใครคนหนึ่งคาดว่าจะเห็นค่าสัมประสิทธิ์ฮอลล์มีเครื่องหมายเดียวกันทั้งอิเล็กตรอนและโฮล อย่างไรก็ตามความสับสนนี้สามารถแก้ไขได้โดยทฤษฎีควอนตัมกลที่ทันสมัย​​ของการขนส่งในของแข็ง[6] กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน () เป็นชนิดของกล้องจุลทรรศน์แบบหนึ่งที่ใช้อิเล็กตรอนที่ถูกเร่งความเร็วเป็นแหล่งที่มาของการส่องสว่าง เนื่องจากอิเล็กตรอนมีความยาวคลื่นสั้นกว่าโฟตอนของแสงที่มนุษย์มองเห็นได้ถึง 100,000 เท่า กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจึงมีกำลังขยายสูงกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและสามารถเปิดเผยให้เห็นโครงสร้างของวัตถุที่มีขนาดเล็กมากๆได้ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านสามารถให้รายละเอียดได้สูงถึง 50 picometre และมีกำลังการขยายได้ถึงประมาณ 10,000,000 เท่า ขณะที่ส่วนใหญ่ของกล้องจุลทรรศน์แบบแสงจะถูกจำกัดโดยการเลี้ยวเบนของแสงที่ให้ความละเอียดประมาณ 200 นาโนเมตรและกำลังขยายที่ใชการได้ต่ำกว่า 2000 เท่า อะตอม
เท่าที่รู้กันในปัจจุบัน อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีมวลน้อยที่สุดในบรรดาอนุภาคทั้งหมด คือประมาณ 9.11×10−31kg โดยมีประจุไฟฟ้าลบและมีขนาดที่เล็กเกินกว่าจะวัดได้ด้วยเทคนิคเท่าที่มีอยู่[44] โปรตอนมีประจุบวก และมีมวลราว 1,836 เท่าของอิเล็กตรอน คือประมาณ 1.6726×10−27kg แม้ว่าอาจลดลงได้จากการเปลี่ยนแปลงพลังงานยึดเหนี่ยวของโปรตอนที่มีต่ออะตอม ส่วนนิวตรอนนั้นไม่มีประจุไฟฟ้า มีมวลราว 1,839 เท่าของมวลอิเล็กตรอน[45] หรือ 1.6929×10−27kg นิวตรอนกับโปรตอนมีขนาดพอ ๆ กันที่ประมาณ 2.5×10−15ม. แม้ว่า 'พื้นผิว' ของอนุภาคเหล่านี้จะไม่สามารถระบุได้อย่างชัดเจนก็ตาม[46] การจับยึดอิเล็กตรอน
การจับยึดอิเล็กตรอน ) เป็นกระบวนการที่นิวเคลียสที่ร่ำรวยโปรตอนของอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าดูดซับอิเล็กตรอนที่อยู่วงในของอะตอม มักจะจากเปลือกอิเล็กตรอนที่วงรอบ K และวงรอบ L กระบวนการนี้จึงเป็นการเปลี่ยนโปรตอนของนิวเคลียสให้เป็นนิวตรอนและพร้อมกันนั้นได้มีการปลดปล่อยอิเล็กตรอนนิวทริโนออกมา ตามสมการ แบริออน
เนื่องจากแบริออนประกอบด้วยควาร์ก มันจึงประสพกับอันตรกิริยาอย่างเข้ม ในขณะที่พวกเลปตอน ซึ่งไม่มีส่วนประกอบของควาร์ก ไม่ต้องประสพ พวกแบริออนที่คุ้นเคยมากที่สุดคือ โปรตอน และ นิวตรอน ซึ่งประกอบขึ้นเป็นมวลส่วนใหญ่ของสสารที่มองเห็นได้ในจักรวาล ขณะที่อิเล็กตรอน (ส่วนประกอบหลักอีกอย่างหนึ่งของอะตอม) เป็นเลปตอน  ไฟฟ้า
กระบวนการที่ยอมกระแสไฟฟ้าไหลผ่านวัสดุเรียกว่าการนำไฟฟ้า และธรรมชาติของมันสามารถแปรไปตามธรรมชาติของอนุภาคที่มีประจุและวัสดุที่อนุภาคเหล่านั้นจะไหลผ่าน ตัวอย่างของกระแสไฟฟ้าจะรวมถึงการนำกระแสของโลหะเมื่ออิเล็กตรอนไหลไปในตัวนำเช่นโลหะ อีกตัวอย่างหนึ่งคือการแยกสลายด้วยไฟฟ้าเมื่อไอออน (อะตอมที่มีประจุ) ไหลผ่านของเหลวหรือผ่านพลาสมาเช่นสปากของไฟฟ้า ในขณะที่อนุภาคเองสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างเชื่องช้า บางครั้งด้วยความเร็วลอยเฉลี่ยเพียงเศษของมิลิเมตรต่อวินาทีเท่านั้น[24]:17 สนามไฟฟ้าที่ขับพวกมันนั้นตัวมันเองแผ่กระจายที่ความเร็วใกล้กับความเร็วแสง เปิดโอกาสให้สัญญาณไฟฟ้าสามารถผ่านไปได้อย่างรวดเร็วไปตามเส้นลวด[33] เลเซอร์
เมื่ออิเล็กตรอนถูกกระตุ้น (excited) จากระดับพลังงานที่ต่ำกว่าไปสู่ระดับพลังงานที่สูงกว่า, มันก็จะไม่อาจคงตัวอยู่ที่ระดับพลังงานชั้นนั้น ๆ ได้ตลอดไป อิเล็กตรอนในสถานะที่ถูกทำให้ตื่นตัวนี้อาจจะสลายตัวไปสู่ยังสถานะพลังงานที่ต่ำกว่าซึ่งยังไม่ได้ถูกยึดครองตำแหน่งเอาไว้โดยอิเล็กตรอนตัวอื่น ๆ, โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คือ ค่าคงที่ของเวลา ที่จะแสดงลักษณะว่ามีการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนในระดับพลังงานที่มีความแตกต่างกันนั้น ๆ กลศาสตร์ดั้งเดิม
ซึ่ง f คือความถี่ของอนุภาคประจุ (เช่น อิเล็กตรอน) ในกลศาสตร์ดั้งเดิมด้วยพลังงานจลน์ "T" และมวลที่อยู่นิ่ง "m" วิ่งวนอยู่รอบสนามแม่เหล็ก ซึ่งมวลที่อยู่นิ่งของอิเล็กตรอนมีค่าเท่ากับ 511 keV ดังนั้นความถูกต้องความถี่ของอิเล็กตรอนเท่ากับร้อยละ 1 ของท่อแม่เหล็กสูญญากาศด้วยกระแสตรงที่มีค่าความต่างศักย์ 5.11 kV การจับยึดอิเล็กตรอน
การจับยึดอิเล็กตรอนเป็นตัวอย่างหนึ่งของอันตรกิริยาอย่างอ่อน ซึ่งเป็นหนึ่งในสี่ของแรงพื้นฐาน ไฟฟ้า
ประจุบนอิเล็กตรอนและโปรตอนจะมีเครื่องหมายตรงกันข้ามกัน ดังนั้นจำนวนของประจุอาจจะแสดงเครื่องหมายเป็นได้ทั้งบวกหรือลบ โดยธรรมเนียมปฏิบัติ ประจุที่ถูกนำพาโดยอิเล็กตรอนจะถือว่าเป็นลบ และนำพาโดยโปรตอนจะเป็นบวก เป็นธรรมเนียมที่มีต้นกำเนิดมาจากงานของเบนจามิน แฟรงคลิน[29] จำนวนของประจุมักจะได้รับสัญลักษณ์เป็น Q และมีค่าเป็นคูลอมบ์[30] อิเล็กตรอนแต่ละตัวจะนำพาประจุจำนวนเดียวกันคือประมาณ −1.6022×10−19คูลอมบ์ โปรตอนจะมีประจุที่มีค่าเท่ากันแต่เครื่องหมายตรงกันข้าม ดังนั้นจึงเท่ากับ +1.6022×10−19คูลอมบ์ ประจุไม่ได้อยู่แค่ในสสารเท่านั้น แต่ยังอยู่ในปฏิสสารอีกด้วย แต่ละปฏิอนุภาคจะแบกประจุที่เท่ากันและตรงข้ามกันกับอนุภาคที่สอดคล้องกัน[31] ฉนวนไฟฟ้า
ฉนวนไฟฟ้า () หรือบ้างก็เรียกว่า ไดอิเล็กทริก () คือวัสดุที่มีคุณสมบัติในการกีดกั้นหรือขัดขวางการไหลของกระแสไฟฟ้าหรือวัสดุที่กระแสไฟฟ้าไม่สามารถไหลผ่านได้ ฉนวนที่ดีจะต้องสามารถป้องกันตัวนำไฟฟ้าจากความร้อนหรือของเหลวที่สามารถกัดกร่อนตัวนำไฟฟ้า และสามารถกันน้ำได้ดี ฉนวนที่ใช้หุ้มตัวนำไฟฟ้าต้องมีความต้านทานสูง ต้องไม่ถูกกรดหรือด่างกัดกร่อนได้ตั้งแต่อุณหภูมิ 0 ถึง 200 องศาฟาเรนไฮต์ และต้องไม่ดูดความชื้นในอากาศ ไฟฟ้า
ดูเพิ่มเติม: อิเล็กตรอน, โปรตอน, ไอออน ไฟฟ้า
กำลังไฟฟ้า (English: electric power) เมื่อกระแสไฟฟ้าถูกใชัเพื่อให้กำลังงานกับอุปกรณ์ไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าเป็นอัตราที่พลังงานไฟฟ้าที่ถูกถ่ายโอนไปยังวงจรไฟฟ้า มีหน่วย SI เป็นวัตต์ซึ่งเท่ากับหนึ่งจูลต่อวินาที อิเล็กทรอนิกส์ เกี่ยวข้องกับวงจรไฟฟ้าที่ใช้ชิ้นส่วนที่แอคทีฟเช่นหลอดสูญญากาศ, ทรานซิสเตอร์, ไดโอดและวงจรรวม และเทคโนโลยีต่าง ๆ ที่ใช้ในการเชื่อมต่อถึงกันแบบพาสซีฟที่เกี่ยวข้อง วิศวกรรมกำลังไฟฟ้า (อังกฤษ: Power engineering) หรือที่เรียกว่า วิศวกรรมระบบไฟฟ้า เป็นสาขาย่อยของวิศวกรรมพลังงานและวิศวกรรมไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับการผลิตไฟฟ้า, การส่งกำลังไฟฟ้า, การกระจายกำลังไฟฟ้า, การใช้ให้เป็นประโยชน์ (อังกฤษ: utilization) และอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับระบบดังกล่าว การจับยึดอิเล็กตรอน
การจับยึดอิเล็กตรอนเป็นโหมดขั้นปฐมของการสลายตัวสำหรับไอโซโทปที่มีโปรตอนอย่างมากในนิวเคลียส แต่ด้วยความแตกต่างของพลังงานไม่เพียงพอระหว่างไอโซโทปกับลูกสาวของมันในอนาคต (Isobar ที่มีประจุบวกน้อยลงหนึ่งหน่วย) สำหรับนิวไคลด์ที่จะสลายตัวโดยการปล่อยโพซิตรอน การจับยึดอิเล็กตรอนเป็นโหมดการสลายตัวแบบทางเลือกเสมอสำหรับไอโซโทปกัมมันตรังสีที่ไม่มีพลังงานเพียงพอที่จะสลายตัวโดยการปล่อยโพซิตรอน บางครั้งมันจึงถูกเรียกว่าการสลายให้บีตาผกผัน แม้ว่าคำนี้ยังสามารถหมายถึงปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนปฏินิวทริโนกับโปรตอนอีกด้วย แรงเคลื่อนไฟฟ้า
โมเลกุลคือกลุ่มของอะตอมที่ยึดเข้าด้วยกันด้วยพันธะทางเคมี และพันธเหล่านี้จะประกอบด้วยแรงไฟฟ้าระหว่างอิเล็กตรอน (ลบ) กับโปรตอน (บวก) โมเลกุลที่อยู่แยกกันเป็นตัวตนที่ถาวร แต่เมื่อโมเลกุลที่ต่างกันถูกนำเข้ามารวมกัน บางชนิดของโมเลกุลสามารถที่จะขโมยอิเล็กตรอนจากโมเลกุลอื่น เป็นผลให้เกิดการแยกประจุ การกระจายเหล่านี้ของประจุจะเกิดขึ้นใหม่พร้อมกันกับการเปลี่ยนแปลงในพลังงานของระบบ และโครงสร้างของอะตอมในโมเลกุล การได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มจะถูกเรียกว่า "รีดักชัน" (reduction) และการสูญเสียอิเล็กตรอนไปจะถูกเรียกว่า "ออกซิเดชัน" ปฏิกิริยาที่มีการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนดังกล่าว (ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับแบตเตอรี่) จะเรียกว่าปฏิกิริยารีดักชัน-ออกซิเดชันหรือปฏิกิริยารีดอกซ์ ในแบตเตอรี่ ขั้วหนึ่งจะประกอบด้วยวัสดุที่ได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มจากตัวละลายและอีกชั้วหนึ่งจะเสียอิเล็กตรอนอันเนื่องมาจากแอตทริบิวต์พื้นฐานของโมเลกุลเหล่านี้ พฤติกรรมที่เหมือนกันจะสามารถเห็นได้ในตัวอะตอมมันเองและความสามารถของพวกมันในการขโมยอิเล็กตรอนจะถูกเรียกว่าเป็น electronegativity ของพวกมัน พันธะโลหะ
พันธะโลหะ () เป็นพันธะภายในโลหะซึ่งเกี่ยวข้องกับ การเคลื่อนย้าย อิเล็กตรอน อิสระระหว่างแลตทิซของอะตอมโลหะ ดังนั้นพันธะโลหะจึงอาจเปรียบได้กับเกลือที่หลอมเหลวอะตอมของโลหะมีอิเล็กตรอนพิเศษเฉพาะในวงโคจรชั้นนอกของมันเทียบกับคาบ (period) หรือระดับพลังงานของพวกมัน อิเล็กตรอนที่เคลื่อนย้ายเหล่านี้เปรียบได้กับทะเลอิเล็กตรอน("Sea of Electrons") ล้อมรอบแลตทิชขนาดใหญ่ของไอออนบวก ยังไม่สามารถเขียนเป็นสูตรทางเคมีได้ เพราะไม่ทราบจำนวนอะตอมที่แท้จริง พันธะโลหะอาจจะมีเป็นล้าน ๆ อะตอมก็ได้  เลปตอน
เลปตอน () เป็นอนุภาคมูลฐานชนิดหนึ่งที่มีสปิน (ฟิสิกส์)ครึ่งจำนวนเต็ม (สปิน ) และไม่ประสพกับอันตรกิริยาอย่างเข้ม เลปตอนแบ่งออกเป็นสองชั้นหลัก ได้แก่ เลปตอนที่มีประจุไฟฟ้า (หรือที่เรียกว่า "เลปตอนที่เหมือนอิเล็กตรอน") และเล็ปตอนนิวทรัล (เล็ปตอนเป็นกลาง) (หรือที่เรียกว่า นิวทรืโน) เลปตอนที่มีประจุสามารถรวมกับอนุภาคอื่นกลายเป็น อนุภาคผสมหลายอย่าง เช่นอะตอมและโพซิโทรเนียม ในขณะที่นิวทริโนยากที่จะปฏิสัมพันธ์กับผู้อื่น ดังนั้นมันจึงยากที่จะถูกพบเห็น พวกเลปตอนที่รู้จักกันดีคือ อิเล็กตรอน 
มีเลปตอนอยู่ทั้งสิ้น 6 ชนิด (flavour) แยกเป็น 3 ชั่วรุ่น () ชั่วรุ่นที่หนึ่งเรียกว่า "เลปตอนอิเล็กตรอน" ประกอบด้วยอิเล็กตรอน (e) และอิเล็กตรอนนิวตริโน (V) ชั่วรุ่นที่สองคือ "เลปตอนมิวออน" ประกอบด้วย มิวออน (μ) และ มิวออนนิวตริโน (V) ชั่วรุ่นที่สามคือ "เลปตอนเทา" ประกอบด้วย เทา (อนุภาค) (T) และ เทานิวตริโน (V) อิเล็กตรอนมีมวลน้อยที่สุดในหมู่เลปตอนที่มีประจุทั้งหมด มิวออนและเทาที่หนักที่สุดจะเปลี่ยนอย่างรวดเร็วไปเป็นอิเล็กตรอนผ่านทางกระบวนการของการสลายอนุภาค ซึ่งเป็นการแปลงจากสถานะมวลมากไปเป็นสถานะมวลน้อย ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงเสถียรและเป็นเลปตอนแบบมีประจุที่พบมากที่สุดในจักรวาล ในขณะที่มิวออนและเทาสามารถถูกสร้างขึ้นมาได้เพียงแต่ในการชนกันที่พลังงานฟิสิกส์ที่สูงเท่านั้น (เช่นพวกที่เกี่ยวกับรังสีคอสมิกและพวกที่เกิดขึ้นในเครื่องเร่งอนุภาค กระแสไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้า  (I)  เกิดขึ้นจากการไหลของอิเล็กตรอน   ผ่านวัสดุชนิดหนึ่งนั่นคือการถ่ายโอนประจุไฟฟ้า  อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ถ้าอยู่ในสนามไฟฟ้า   ซึ่งสร้างความต่างศักย์ไฟฟ้า ระหว่างสองบริเวณเพราะฉะนั้น  ความต่างศักย์ไฟฟ้า  จึงจำเป็นในการทำให้เกิดกระแสไฟฟวงจรไฟฟ้า  เป็นวงจรปิดประกอบด้วยแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า และอุปกรณ์อื่นๆ  ที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน 
ระบบไฟฟ้าแบ่งออกได้เป็น 2 ระบบ ดังนี้  ผลกระทบฮอลล์
กระแส "โฮล" ตามธรรมเนียมปฏิบัติจะมีทิศทางของกระแสอิเล็กตรอนเป็นลบและประจุไฟฟ้าเป็นลบ ดังนั้น I x = n t w ( − v x ) ( − e ) {\displaystyle I_{x}=ntw(-v_{x})(-e)} เมื่อ n {\displaystyle n} คือความหนาแน่นของพาหะประจุ t w {\displaystyle tw} เป็นพื้นที่หน้าตัด, และ − e {\displaystyle -e} เป็นประจุของแต่ละอิเล็กตรอน เมื่อหาค่า w {\displaystyle w} ได้แล้วแทนค่าลงในสมการข้างต้น ก็จะได้แรงดันไฟฟ้าฮอลล์: อะตอม
ปริมาณพลังงานที่จำเป็นต้องใช้ (ทั้งแบบเพิ่มเข้าไปหรือปลดปล่อยออกมา) ในการเปลี่ยนสถานะของอิเล็กตรอนนี้น้อยกว่าพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวคลีออนมาก เช่น จำเป็นต้องใช้พลังงานเพียง 13.6 eV เพื่อให้อิเล็กตรอนจากอะตอมของไฮโดรเจนเปลี่ยนระดับลงไปยังสถานะพื้น[61] เทียบกับพลังงาน 2.23 ล้าน eV ในการแยกนิวเคลียสของดิวเทอเรียม[62] อะตอมมีประจุเป็นกลางถ้ามันมีจำนวนโปรตอนกับอิเล็กตรอนเท่ากัน อะตอมที่มีอิเล็กตรอนมากหรือน้อยกว่าปกติเรียกว่า ไอออน อิเล็กตรอนที่อยู่ไกลจากนิวเคลียสมากอาจถ่ายโอนไปยังอะตอมข้างเคียง หรืออยู่ร่วมระหว่างสองอะตอมก็ได้ ด้วยกลไกนี้ อะตอมจึงสามารถเกิดพันธะเคมีกลายเป็นโมเลกุลและสารประกอบเคมีอื่น ๆ เช่น การเกิดผลึกแบบไอโอนิกคริสตัลหรือโคเวเลนต์[63] ไฟฟ้าสถิต
วัสดุทั้งหลายประกอบขึ้นจากอะตอมที่ปกติแล้วจะเป็นกลางทางไฟฟ้าเพราะพวกมันมีจำนวนของประจุบวก (โปรตอนในนิวเคลียส) และจำนวนของประจุลบ (อิเล็กตรอนใน "วงรอบนิวเคลียส") เท่ากัน ปรากฏการณ์ของไฟฟ้าสถิตจะเกิดขึ้นได้เมื่อมีการแยกประจุบวกและลบออกจากกัน เมื่อวัตถุสองชนิดเสียดสี หรือ สัมผัสกัน อิเล็กตรอนอาจย้ายจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง ทำให้วัตถุหนึ่งมีประจุบวกเกิน และอีกวัตถุหนึ่งมีประจุลบเกินในจำนวนที่เท่ากัน เมื่อแยกวัตถุทั้งสองออกจากกัน จึงเกิดการไม่สมดุลของประจุขึ้นในวัตถุแต่ละตัว วัตถุที่มีประจุลบเกิน ก็ถือว่าเกิดไฟฟ้าสถิตประจุลบ วัตถุที่ประจุบวกเกิน ก็เรียกว่าเกิดไฟฟ้าสถิตประจุบวก อะตอม
ตามความเข้าใจในปัจจุบัน อะตอมเป็นวัตถุขนาดเล็กที่มีมวลน้อยมาก เราสามารถสังเกตการณ์อะตอมเดี่ยว ๆ ได้โดยอาศัยเครื่องมือพิเศษ เช่น กล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดในอุโมงค์ มวลประมาณ 99.9% ของอะตอมกระจุกรวมกันอยู่ในนิวเคลียส[note 1] โดยมีโปรตอนและนิวตรอนเป็นมวลที่เหลือประมาณเท่า ๆ กัน ธาตุแต่ละตัวจะมีอย่างน้อยหนึ่งไอโซโทปที่มีนิวเคลียสซึ่งไม่เสถียรและเกิดการเสื่อมสลายโดยการแผ่รังสี ซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดการแปรนิวเคลียสที่ทำให้จำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสเปลี่ยนแปลงไป[4] อิเล็กตรอนที่โคจรรอบอะตอมจะมีระดับพลังงานที่เสถียรอยู่จำนวนหนึ่งในลักษณะของวงโคจรอะตอม และสามารถเปลี่ยนแปลงระดับไปมาระหว่างกันได้โดยการดูดซับหรือปลดปล่อยโฟตอนที่สอดคล้องกับระดับพลังงานที่ต่างกัน อิเล็กตรอนเหล่านี้เป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางเคมีของธาตุ และมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอม ไฟฟ้าสถิต
อิเล็กตรอนสามารถแลกเปลี่ยนกันระหว่างวัสดุโดยการสัมผัส วัสดุที่มีอิเล็กตรอนผูกพันอย่างอ่อนมีแนวโน้มที่จะสูญเสียพวกมันในขณะที่วัสดุที่มีวงรอบนอกมีที่ว่างมีแนวโน้มที่จะได้รับพวกมัน ธรรมชาตินี้เรียกว่าผลกระทบไทรโบอิเล็กตริก และเป็นผลให้วัสดุหนึ่งกลายเป็นมีประจุบวกและอีกวัสดุหนึ่งมีประจุลบ ขั้วและความแข็งแรงของประจุบนว้สดุทั้งสองทันทีที่พวกมันถูกแยกออกจากกันจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่สัมพันธ์กันระหว่างพวกมันในไฟฟ้าสถิต#ชุดของไทรโบอิเล็กตริก ผลกระทบไทรโบอิเล็กตริกเป็นสาเหตุหลักของการผลิตไฟฟ้าสถิตที่สังเกตได้ในชีวิตประจำวัน และในการสาธิตตามโรงเรียนมัธยมทางวิทยาศาสตร์ทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับการถูวัสดุที่แตกต่างเข้าด้วยกัน (เช่นขนสัตว์กับแกนอาคริลิค) การแยกประจุที่เหนี่ยวนำโดยการสัมผัสเป็นสาเหตุที่ทำให้เส้นผมของคุณตั้งขึ้นและทำให้เกิดการ "เกาะติดจากไฟฟ้าสถิต" (ตัวอย่างเช่นบอลลูนเมื่อขัดถูกับผมจะกลายเป็นมีประจุลบ เมื่ออยู่ใกล้กับกำแพงบอลลูนที่มีประจุจะดูดกับอนุภาคประจุบวกในผนังและสามารถ "เกาะติด" กับมัน ปรากฏให้เห็นว่ามันถูกแขวนต้านแรงโน้มถ่วงของโลก) โพซิตรอน
ในปี 1928 พอล ดิแรก (Paul Dirac) ได้ตีพิมพ์รายงานวิจัยเสนอว่าอิเล็กตรอนสามารถมีได้ทั้งประจุบวกและพลังงานที่มีค่าลบ รายงานวิจัยนี้ได้แนะนำสมการดิแรก, การผสมผสานของกลศาสตร์ควอนตัม, ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและว่าด้วยแนวคิดใหม่ของอิเล็กตรอนสปินเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ซีแมน (Zeeman effect) รายงานวิจัยไม่ได้ทำนายถึงอนุภาคใหม่อย่างแน่ชัดนัก, แต่ก็ยังอนุญาตให้อิเล็กตรอนที่มีทั้งพลังงานที่เป็นบวกหรือลบเป็นวิธีสำหรับแก้ไขปัญหาอยู่ การแก้ปัญหาพลังงานที่มีค่าบวกถูกอธิบายได้ด้วยผลการทดลอง, แต่ก็ยังอนุญาตให้มีอิเล็กตรอนที่มีพลังงานบวกหรือลบอย่างใดอย่างหนึ่งเป็นวิธีในการแก้ไขปัญหา การแก้ปัญหาพลังงานในเชิงบวกถูกอธิบายได้ด้วยผลการทดลอง แต่ดิแรกก็ยังคงเกิดความฉงนสนเท่ห์กับการแก้ปัญหาพลังงานที่มีค่าเชิงลบที่มีความถูกต้องเท่าเทียมกันซึ่งแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ได้อนุญาตให้มีได้ กลศาสตร์ควอนตัมนั้นไม่อนุญาตให้มีการแก้ปัญหาเกี่ยวกับพลังงานที่มีค่าเป็นจำนวนติดลบได้, เหมือนดังเช่นกับในกลศาสตร์แบบดั้งเดิมที่มักจะได้กระทำกับในสมการที่เกี่ยวข้องกับพลังงานที่มีค่าติดลบดังกล่าว โดยที่จะเป็นแค่เพียงแค่ถูกละเว้นไว้ในฐานที่เข้าใจกัน ซึ่งทางออกของการแก้ปัญหาแบบคู่ขนานนี้ได้ส่อแสดงนัยให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการกระโดดข้ามไปมาตามธรรมชาติระหว่างสถานะของพลังงานที่เป็นบวกและลบของอิเล็กตรอน อย่างไรก็ตาม, การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นดังกล่าวก็ยังคงไม่ได้ถูกสังเกตการณ์โดยทางการทดลองทางฟิสิกส์แต่อย่างใด เขาได้พูดถึงปัญหาที่เกิดขึ้นจากความขัดแย้งกันระหว่างแนวคิดทางทฤษฎีและการสังเกตการณ์ทางการทดลองนี้ว่าเป็น "ความยากลำบาก" ที่ "ไม่อาจตัดสินใจได้" เวเลนซ์อิเล็กตรอน
เวเลนซ์อิเล็กตรอนแบบอะตอมฮีเลียม แบบฮีเลียม (He) นี้ แสดง 2 เวเลนซ์อิเล็กตรอน อยู่ในชั้นนอกสุดของระดับพลังงาน ฮีเลียมเป็นธาตุในหมู่ ก๊าซมีตระกูล (noble gases) และมี 2 โปรตอน, 2 นิวตรอน, และ 2 อิเล็กตรอน. ตารางธาตุ
สัมพรรคภาพอิเล็กตรอนเป็นพลังงานที่คายออกมาหรือดูดกลืน เมื่อเพิ่มอิเล็กตรอนให้แก่อะตอมไปเป็นไอออนประจุลบ ธาตุส่วนใหญ่คายพลังงานความร้อนเมื่อรับอิเล็กตรอน โดยทั่วไป อโลหะจะมีสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนมากกว่าโลหะ คลอรีน มีแนวโน้มในการเกิดไอออนประจุลบสูงที่สุด สัมพรรคภาพอิเล็กตรอนของแก๊สมีตระกูลยังไม่สามารถหาค่าได้ ดังนั้น พวกมันอาจจะไม่มีประจุลบ[34] อิเล็กโทรไลต์
ในทางสรีรวิทยา จะมีไอออนเบื้องต้นคือ โซเดียม โพแทสเซียม แคลเซียม แมกนีเซียม คลอไรด์ ฟอสเฟต และไบคาร์บอเนต เลขควอนตัมสปิน
จะเห็นได้ว่าอิเล็กตรอนมีทิศทางที่เป็นไปได้ 2 ทิศทาง ใน "z"-component คือ สปินอัพ (spin-up) และ สปินดาวน์ (spin-down) เซลล์เชื้อเพลิง
เซลล์เชื้อเพลิงมีอยู่หลายชนิด ทุกชนิดประกอบด้วยแอโนด แคโทดและอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรไลต์จะยอมให้ไอออนไฮโดรเจนประจุบวก (หรือโปรตอน) สามารถเคลื่อนที่ได้จากแอโนดไปแคโทดของเซลล์เชื้อเพลิง แอโนดและแคโทดประกอบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำให้เชื้อเพลิงเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่สร้างไอออนไฮโดรเจนประจุบวกและอิเล็กตรอน ไอออนไฮโดรเจนจะถูกดึงผ่านอิเล็กโทรไลต์หลังจากการเกิดปฏิกิริยาและเคลื่อนที่ไปยังแคโทด ในขณะเดียวกันอิเล็กตรอนที่เหลือจากอะตอมของไฮโดรเจนจะถูกดึงจากแอโนดไปยังแคโทดผ่านวงจรภายนอก ทำให้เกิดกระแสตรง ที่แคโทดไอออนไฮโดรเจน อิเล็กตรอนและออกซิเจนทำปฏิกิริยากันก่อตัวเป็นน้ำ เนื่องจากความแตกต่างหลักระหว่างเซลล์เชื้อเพลิงในแต่ละประเภทคืออิเล็กโทรไลต์ เซลล์เชื้อเพลิงจึงถูกแยกประเภทตามชนิดของอิเล็กโทรไลต์ที่พวกมันใช้ และแยกตามระยะเวลาเริ่มต้นตั้งแต่ 1 วินาทีสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงเยื่อหุ้มแลกเปลี่ยนโปรตอน ( ไฟฟ้า
การศึกษาได้แสดงให้เห็นว่าต้นกำเนิดของประจุไฟฟ้ามาจากบางชนิดของอนุภาคย่อยของอะตอม ที่มีคุณสมบัติของประจุไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าทำให้เกิดแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและพวกมันก็มีปฏิสัมพันธ์กับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย แรงแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นหนึ่งในสี่อันตรกิริยาพื้นฐาน ของธรรมชาติ พาหะที่คุ้นเคยมากที่สุดของประจุไฟฟ้าคืออิเล็กตรอนและโปรตอน การทดลองได้แสดงให้เห็นว่าประจุจะเป็นปริมาณอนุรักษ์ (หรือปริมาณคงที่) ค่าหนึ่ง นั่นคือ ประจุสุทธิ (หลังจากถ่ายเทไปมาแล้ว) ภายในระบบโดดเดี่ยวหนึ่งจะมีค่าคงที่เสมอโดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ที่เกิดขึ้นภายในระบบนั้น[28] ภายในระบบ ประจุอาจถูกโอนย้ายระหว่างระบบย่อยด้วยกัน อาจจะโดยการสัมผัสโดยตรงหรือโดยการวิ่งผ่านไปตามวัตถุตัวนำเช่นสายลวด[24]:2–5 คำศัพท์อย่างไม่เป็นทางการของไฟฟ้าสถิตจะหมายความถึงการปรากฏตัวของประจุเป็นสุทธิ (หรือ 'ไม่สมดุล') บนร่างกายหนึ่งปกติจะเกิดขึ้นเมื่อวัตถุที่ไม่เหมือนกันขัดถูกัน ประจุจะถูกถ่ายเทจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง ควาร์ก
ควาร์ก ( อ่านว่า หรือ ) คืออนุภาคมูลฐานและเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของสสาร ควาร์กมากกว่าหนึ่งตัวเมื่อรวมตัวกันจะเป็นอีกอนุภาคหนึ่งที่เรียกว่าแฮดรอน () ส่วนที่เสถียรที่สุดของแฮดรอนสองลำดับแรกคือโปรตอนและนิวตรอน ซึ่งทั้งคู่เป็นส่วนประกอบสำคัญของนิวเคลียสของอะตอม เนื่องจากปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Color Confinement ควาร์กจึงไม่สามารถสังเกตได้โดยตรงหรือพบตามลำพังได้ มันสามารถพบได้ภายในแฮดรอนเท่านั้น เช่น แบริออน (ซึ่งโปรตอนและนิวตรอนเป็นตัวอย่าง) และภายใน มีซอน (มี'ซอน หรือเมซ'ซัน เป็นอนุภาคที่มีมวลระหว่างอิเล็กตรอนกับโปรตรอน มีประจุเป็นกลาง หรือเป็นบวกหรือลบ มีค่าสปิน) ด้วยเหตุผลนี้ สิ่งที่เรารู้จำนวนมากเกี่ยวกับควาร์กจึงได้มาจากการสังเกตที่ตัวแฮดรอนเอง นิวตรอน
นิวตรอนอิสระหรือนิวตรอนอิสระใด ๆ ของนิวเคลียสเป็นรูปแบบหนึ่งของ การแผ่รังสีจากการแตกตัวเป็นไอออน ดังนั้นมันจึงเป็นอันตรายต่อชีวภาพโดยขึ้นอยู่กับปริมาณที่รับ[7] สนาม "พื้นหลังนิวตรอน" ขนาดเล็กในธรรมชาติของนิวตรอนอิสระจะมีอยู่บนโลก ซึ่งเกิดจากมิวออนรังสีคอสมิก และจากกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติขององค์ประกอบที่ทำฟิชชันได้ตามธรรมชาติในเปลือกโลก[8] แหล่งที่ผลิตนิวตรอนโดยเฉพาะเช่นเครื่องกำเนิดนิวตรอน, เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อการวิจัยและแหล่งผลิตนิวตรอนแบบสปอลเลชัน (English: Spallation Source) ที่ผลิตนิวตรอนอิสระสำหรับการใช้งานในการฉายรังสีและในการทดลองการกระเจิงนิวตรอน ตารางธาตุ
บล็อก เป็นบริเวณพิเศษในตารางธาตุ ซึ่งจะบ่งบอกว่าอิเล็กตรอนในวงอิเล็กตรอนแต่ละวงเต็มหรือไม่ ในแต่ละบล็อกจะตั้งชื่อตามวงย่อยที่อิเล็กตรอน "ตัวสุดท้าย" สามารถเข้าไปอยู่ได้[19][n 2]บล็อก-s เป็นบล็อกที่อยู่ทางซ้ายมือสุดในตารางธาตุ บล็อกนี้ประกอบไปด้วยธาตุในหมู่ 1 (โลหะแอลคาไล) และหมู่ 2 (โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท) รวมถึงไฮโดรเจน และฮีเลียม บล็อก-p เป็นบล็อกที่อยู่ทางขวาสุดของตารางธาตุ ประกอบไปด้วยธาตุใน 6 หมู่สุดท้าย ตั้งแต่หมู่ที่ 13 ถึง หมู่ที่ 18 ในไอยูแพก (3B ถึง 8A ในสหรัฐอเมริกา) และยังมีธาตุกึ่งโลหะทั้งหมดในบล็อกนี้ด้วย บล็อก-d เป็นบล็อกที่ประกอบไปด้วยธาตุในหมู่ 3 ถึง หมู่ที่ 12 (3B ถึง 2B ในสหรัฐอเมริกา) ธาตุในบล็อกนี้เป็นธาตุโลหะแทรนซิชันทั้งหมด บล็อก-f เป็นบล็อกที่ไม่มีเลขหมู่ และอยู่ด้านล่างของตารางธาตุ ในบล็อกนี้ประกอบไปด้วยธาตุในแลนทาไนด์และแอกทิไนด์[20] ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก
ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก () เป็นปรากฏการณ์ที่อิเล็กตรอนหลุดออกจากสสาร " (เรียกสสารเหล่านี้ว่า โฟโตอีมิสสีฟ) " เมื่อสสารนั้นสัมผัสกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูง " (ความยาวคลื่นต่ำ พลังงานสูง เช่น รังสีอัลตราไวโอเล็ต) " และเรียกอิเล็กตรอนที่หลุดออกมาว่า โฟโตอิเล็กตรอน ปรากฏการดังกล่าวค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชื่อไฮน์ริช เฮิร์ตซ์ ในปี พ.ศ. 2430  พลังงานไอออไนเซชัน
กระบวนการสูญเสียอิเล็กตรอนนี้เกิดได้หลายครั้งสำหรับอะตอมหรือโมเลกุลที่มีหลายอิเล็กตรอน จึงเรียกเป็น IE IE IE ... ตามลำดับซึ่งก็คือค่าพลังงานในการดึงอิเล็กตรอนตัวที่ 1 2 3 ... นั่นเอง โดยอิเล็กตรอนตัวแรกย่อมจะหลุดออกไปง่ายกว่าอิเล็กตรอนลำดับถัดๆ ไปเสมอ พลังงานที่ต้องใช้จึงเพิ่มขึ้น อิเล็กโทรไลต์
การจำแนกอิเล็กโทรไลต์ออกเป็นอิเล็กโทรไลต์เข้มข้นหรือเจือจางสามารถจำแนกได้จากความเข้มข้นของไอออน ถ้าความเข้มข้นมาก จะเรียกว่า อิเล็กโทรไลต์เข้มข้น แต่ถ้ามีความเข้มข้นของไอออนน้อยจะเรียกว่า อิเล็กโทรไลต์เจือจาง ถ้าสัดส่วนการแตกตัวเป็นไอออนของสารใดมีมาก จะเรียกว่าอิเล็กโทรไลต์แก่ แต่ถ้าสัดส่วนนั้นน้อย(ส่วนใหญ่ไม่แตกตัวเป็นไอออน) จะเรียกว่าอิเล็กโทรไลต์อ่อน ไฟฟ้า
วันนี้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่จะใช้ชิ้นส่วนสารกึ่งตัวนำเพื่อการควบคุมอิเล็กตรอน การศึกษาอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำและเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องได้รับการพิจารณาว่าเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์สถานะของแข็ง ในขณะที่การออกแบบและสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์ในการแก้ปัญหาที่เกิดตอนปฏิบัติจะมาภายใต้วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ พลังงานไอออไนเซชัน
พลังงานไอออไนเซชัน (, IE) คือค่าพลังงาน ที่ใช้ในการดึงให้อิเล็กตรอนวงนอกสุด (เวเลนซ์อิเล็กตรอน) หลุดออกจากอะตอมหรือโมเลกุลที่อยู่ในสถานะก๊าซปริมาณพลังงานที่น้อยที่สุดที่สามารถทำให้อะตอมหรือโมเลกุลปลดปล่อยอิเล็กตรอน ค่าพลังงานไอออไนเซชันจะบ่งบอกว่าอะตอมหรือไอออนนั้นสามารถเสียอิเล็กตรอนได้ง่ายหรือยาก หรือในอีกมุมหนึ่งเป็นการบ่งบอกระดับพลังงานของอิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอมหรือไอออนนั้นว่ามีความเสถียรมากเพียงใด โดยทั่วไปค่าพลังงานไอออไนเซชันจะมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อพยายามที่จะทำให้อิเล็กตรอนตัวต่อไปถูกปลดปล่อยออกมา เนื่องจากการผลักกันของประจุอิเล็กตรอนมีค่าลดลงและการกำบังของอิเล็กตรอนชั้นวงในมีค่าลดลง ซึ่งทำให้แรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสและอิเล็กตรอนมีค่ามาขึ้น อย่างไรก็ตามค่าที่เพิ่มขึ้นอาจไม่เพิ่มเท่าที่ควรจะเป็นในกรณีที่เมื่อปลดปล่อยอิเล็กตรอนตัวนั้นแล้วส่งผลให้เกิดการบรรจุเต็มหรือการบรรจุครึ่งในระดับชั้นพลังงาน เนื่องจากทั้งสองกรณีมีเสถียรภาพเป็นพิเศษ ออร์บิทัลเชิงอะตอม
การโคจรในที่นี้แตกต่างไปจากกลศาสตร์ดั้งเดิม ดังนั้นการโคจรของอิเล็กตรอนในอะตอมจึงเรียกด้วยคำเฉพาะว่า "ออร์บิทัล" ซึ่งกำหนดขึ้นครั้งแรกโดยนักเคมีชื่อว่า Robert Mulliken ในปี 1932 ใน. orbitals อะตอมอธิบายมักจะเป็น" ไฮโดรเจน - เช่น "(หมายถึงหนึ่งอิเล็กตรอน) ฟังก์ชันคลื่นมากกว่าพื้นที่, ประเภทโดย n, l และตัวเลขควอนตัม m ซึ่งตรงกับคู่ของพลังงานอิเล็กตรอน 'angular โมเมนตัมและทิศทางโมเมนตัม angular ตามลำดับ. แต่ละโคจร (กำหนดโดยกำหนดที่แตกต่างของตัวเลขควอนตัม) และที่มีสูงสุดสองอิเล็กตรอนให้เป็นที่รู้จักกันโดยชื่อคลาสสิกที่ใช้ในการ กำหนดค่าอิเล็กตรอนปรากฏบนขวา. ชื่อเหล่านี้โคจรคลาสสิก (s, p, d, f) จะได้มาจากลักษณะของสาย spectroscopic พวกเขาคมแพร่หลัก, และพื้นฐานที่เหลือถูกตั้งชื่อตามลำดับตัวอักษร. (โคจรห้าเรียกว่าตอนนี้ g เป็นเรียกเดิม t ยืนสำหรับหนา) อะตอม
อะตอม (Greek: άτομον; English: Atom) คือหน่วยพื้นฐานของสสาร ประกอบด้วยส่วนของนิวเคลียสที่หนาแน่นมากอยู่ตรงศูนย์กลาง ล้อมรอบด้วยกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนที่มีประจุบวกกับนิวตรอนซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้า (ยกเว้นในกรณีของ ไฮโดรเจน-1 ซึ่งเป็นนิวไคลด์ชนิดเดียวที่เสถียรโดยไม่มีนิวตรอนเลย) อิเล็กตรอนของอะตอมถูกดึงดูดอยู่กับนิวเคลียสด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ในทำนองเดียวกัน กลุ่มของอะตอมสามารถดึงดูดกันและกันก่อตัวเป็นโมเลกุลได้ อะตอมที่มีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากันจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า มิฉะนั้นแล้วมันอาจมีประจุเป็นบวก (เพราะขาดอิเล็กตรอน) หรือลบ (เพราะมีอิเล็กตรอนเกิน) ซึ่งเรียกว่า ไอออน เราจัดประเภทของอะตอมด้วยจำนวนโปรตอนและนิวตรอนที่อยู่ในนิวเคลียส จำนวนโปรตอนเป็นตัวบ่งบอกชนิดของธาตุเคมี และจำนวนนิวตรอนบ่งบอกชนิดไอโซโทปของธาตุนั้น[1] นิวทริโน
นิวทริโนเป็นเลปตอน กลุ่มเดียวกับอิเล็กตรอน มิวออน และเทา (อนุภาค) แต่ไม่มีประจุไฟฟ้า แบ่งเป็น 3 ชนิด (หรือ flavour) ได้แก่ อิเล็กตรอนนิวทริโน (V) มิวออนนิวทริโน (V) และเทานิวทริโน (V) แต่ละเฟลเวอร์มีคู่ปฏิปักษ์ (ปฏิยานุภาค) ของมันเรียกว่า "ปฏินิวทริโน" ซึ่งไม่มีประจุไฟฟ้าและมีสปินเป็นครึ่งเช่นกัน นิวทริโนถูกสร้างขึ้นในวิธีที่อนุรักษ์ เลขเลปตอน นั่นคือ เมื่อมี อิเล็กตรอนนิวทริโน ถูกสร้างขึ้น หนึ่งตัว จะมี โพซิตรอน (ปฏิอิเล็กตรอน) หนึ่งตัวถูกสร้างขึ้นด้วย และเมื่อมี อิเล็กตรอนปฏินิวทริโนหนึ่งตัวถูกสร้างขึ้น ก็จะมีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวถูกสร้างขึ้นเช่นกัน นิวตรอน
นิวตรอน (English: neutron) เป็น อนุภาคย่อยของอะตอม ตัวหนึ่ง มีสัญญลักษณ์ n หรือ n0 ที่ไม่มี ประจุไฟฟ้า และมีมวลใหญ่กว่ามวลของ โปรตอน เล็กน้อย โปรตอนและนิวตรอนแต่ละตัวมีมวลประมาณหนึ่งหน่วย มวลอะตอม โปรตอนและนิวตรอนประกอบกันขึ้นเป็น นิวเคลียส ของหนึ่งอะตอม และทั้งสองตัวนี้รวมกันเรียกว่า นิวคลีออน[1] คุณสมบัติของพวกมันถูกอธิบายอยู่ใน ฟิสิกส์นิวเคลียร์ อิเล็กโทร
อิเล็กโทร () ชื่อเรียกอื่น อิเล็กโทรฟังก์ (electro-funk) หรือ อิเล็กโทรบูกี (electro-boogie) เป็นแนวดนตรีของดนตรีอิเล็กทรอนิกส์แดนซ์ ได้รับอิทธิพลโดยตรงจากการใช้ดรัมแมชชีน ทีอาร์-808 (TR-808) และแซมพลิงของฟังก์ ในการบันทึกโดยทั่วไปจะมีดรัมแมชชีนและเสียงอิเล็กทรอนิกส์อย่างหนักโดยไม่มีเสียงร้องแต่ถ้านักร้องที่มีอยู่จะร้องในลักษณะไร้อารมณ์ มักจะผ่านการบิดเบือนจากเครื่องอิเล็กทรอนิกส์เช่น โวคอเดอร์และทอล์กบ็อกซ์ คือความแตกต่างที่สำคัญระหว่างอย่างอิเล็กโทรและแนวเพลงที่โดดเด่นก่อนหน้าคือดิสโก้ ซึ่งเสียงอิเล็กทรอนิกส์เป็นเพียงส่วนหนึ่งของการประพันธ์ดนตรี นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างกันอย่างชัดเจนก่อนหน้าอย่าง บูกี ที่มุ่งเน้นเสียงร้องน้อยลงและเน้นจังหวะอิเล็กทรอนิกส์ที่ผลิตจากดรัมแมชชีน สถิตยศาสตร์ไฟฟ้า
เนื่องจากฟิสิกส์แบบคลาสสิก เป็นที่รู้กันว่าวัสดุบางอย่างเช่นอำพันสามารถดูดอนุภาคน้ำหนักเบาหลังจากมีการขัดถูกัน ในภาษากรีกคำว่าอัมพัน หรือ "อิเล็กตรอน" เป็นที่มาของคำว่า 'ไฟฟ้า' ปรากฏการณ์ไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นจากแรงที่ประจุไฟฟ้ากระทำต่อประจุไฟฟ้าอื่น แรงดังกล่าวจะอธิบายได้ตามกฎของคูลอมบ์  โครงแบบอิเล็กตรอน
การจัดเรียงอิเล็กตรอน หมายถึง อิเล็กตรอนในแต่ละอะตอมจะมีการจัดเรียงตามระดับพลังงานหลักและระดับพลังงานย่อย โดยมีการแบ่งชั้นที่แน่นอน เรียงไปเรื่อย ๆ ตามเลขอะตอม รังสีแคโทด
ปี ค.ศ. 1897 เจ. เจ. ทอมสัน นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ พิสูจน์ว่ารังสีนี้ประกอบด้วยอนุภาคประจุลบซึ่งไม่เคยรู้จักมาก่อน ต่อมาจึงมีการตั้งชื่ออนุภาคนี้ว่า "อิเล็กตรอน" หลอดรังสีแคโทด (Cathode ray tube หรือ CRT) เป็นท่อใช้ควบคุมการหักเหของลำอิเล็กตรอนโดยอาศัยสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้า เพื่อใช้สร้างภาพบนจอโทรทัศน์ยุคเก่า ที่เรียกกันว่า จอ CRT แรงเคลื่อนไฟฟ้า
เป็นผลให้เกิดการขาดทุนอิเล็กตรอนในทองแดงที่เป็นขั้วบวก () ความแตกต่างของอิเล็กตรอนส่วนเกินในขั้วลบและการขาดดุลของอิเล็กตรอนในขั้วบวกสร้างศักย์ไฟฟ้าระหว่างสองขั้วไฟฟ้า (การอภิปรายในรายละเอียดของกระบวนการของการถ่ายโอนแบบจุลภาคของอิเล็กตรอนระหว่างขั้วไฟฟ้าและไอออนในอิเล็กโทรไลต์ในปีอาจพบได้ในคอนเวย์) ประจุไฟฟ้า
"[[ไอออน]]" เป็นอะตอม (หรือกลุ่มของอะตอม) ที่สูญเสียอิเล็กตรอนทำให้ผลรวมสุทธิของประจุเป็นบวก (cation) หรือได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มทำให้ผลรวมสุทธิของประจุเป็นลบ (anion) "Monatomic ions" จะเกิดขึ้นจากอะตอมเดียว ในขณะที่ "polyatomic ions" จะเกิดขึ้นจากสองอะตอมขึ้นไปที่ถูกยึดเข้าด้วยกัน ในแต่ละกรณีจะเกิดไอออนที่มีประจุสุทธิเป็นบวกหรือเป็นลบ กระแสไฟฟ้า
อนุภาคที่นำพาประจุถูกเรียกว่า พาหะของประจุไฟฟ้า ใน โลหะ ตัวนำไฟฟ้า อิเล็กตรอนจากแต่ละอะตอมจะยึดเหนี่ยวอยู่กับอะตอมอย่างหลวม ๆ และพวกมันสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระอยู่ภายในโลหะนั้นภายใต้สภาวะการณ์หนึ่ง อิเล้กตรอนเหล่านี้เรียกว่า อิเล็กตรอนนำกระแส () พวกมันเป็นพาหะของประจุในโลหะตัวนำนั้น กล้องจุลทรรศน์ของไฮเซนเบิร์ก
การที่ผู้สังเกตได้รับภาพจากอิเล็กตรอน นั่นคือลำแสงไปตกกระทบอิเล็กตรอนแล้วสะท้อนกลับเข้ามาที่กล้องจุลทรรศน์แล้วผ่านเข้าสู่ตา แต่เรารู้ว่าโฟตอนมีโมเมนตัมมีค่าแปรผันตาม formula_5 เมื่อ formula_6 เป็นค่าคงตัวของพลังค์ ดังนั้นการที่โฟตอนพุ่งชนทำให้อิเล็กตรอนย่อมทำให้เกิดแรงถีบขึ้น ภายหลังเรียกปรากฏการณ์คอมพ์ตัน แต่ขนาดของแรงถีบไม่สามารถทราบได้แน่ชัด และทิศทางที่กระเจิงไปของโฟตอนก็ไม่แน่นอน สุดท้ายจะได้ว่าอิเล็กตรอนมีโมเมนตัมในทิศทาง formula_1 คลาดเคลื่อนดังนี้ ประจุไฟฟ้า
บางครั้งวัตถุที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าประกอบด้วยหลายไอออนที่กระจายไปทั่วทั้งวัสดุ ผูกติดกันไว้อย่างเหนียวแน่น และให้ผลรวมประจุสุทธิเป็นบวกหรือเป็นลบกับวัตถุ นอกจากนี้วัตถุดังกล่าวยังทำจากองค์ประกอบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า มันจะสามารถรับอิเล็กตรอนเข้ามาหรือให้อิเล็กตรอนออกไปง่ายดายมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของมัน จากนั้นมันจะเก็บรักษาประจุสุทธิเป็นลบหรือเป็นบวกตลอดไป เมื่อประจุไฟฟ้าสุทธิของวัตถุไม่เป็นศูนย์และไม่เคลื่อนที่ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า [[ไฟฟ้าสถิต]] ปรากฏการณ์นี้สามารถสร้างขึ้นได้อย่างง่ายดายโดยการถูวัสดุที่แตกต่างกันสองชนิดเข้าด้วยกัน เช่นการถู [[สีเหลืองอำพัน]] กับ [[ขนสัตว์]] หรือถู [[แก้ว]] กับ [[ผ้าไหม]] ด้วยวิธีนี้วัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าสามารถมีประจุได้ในระดับที่มีนัยสำคัญ เป็นบวกหรือเป็นลบ ประจุที่ถูกนำมาจากวัสดุหนึ่ง เมื่อถูกย้ายไปยังอีกวัสดุหนึ่ง วัสดุนั้นจะเหลือไว้แต่ประจุตรงข้ามในขนาดเดียวกันอยู่เบื้องหลัง กฎของ "[[การอนุรักษ์ประจุ]]" มักจะนำมาใช้เสมอ นั่นคือวัตถุที่เสียประจุลบจะได้รับประจุบวกขนาดเดียวกันมาแทน และในทางกลับกัน โลหะ
โลหะ คือ วัสดุที่ประกอบด้วยธาตุโลหะที่มีอิเล็กตรอนอิสระอยู่มากมาย นั่นคืออิเล็กตรอนเหล่านี้ไม่ได้เป็นของอะตอมใดอะตอมหนึ่งโดยเฉพาะ ทำให้มีคุณสมบัติพิเศษหลายประการ เช่น  อะตอม
ในแบบจำลองมาตรฐานทางฟิสิกส์ ทั้งโปรตอนและนิวตรอนต่างประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานเรียกว่า ควาร์ก ควาร์กเป็นหนึ่งในสองชนิดของกลุ่มอนุภาคเฟอร์มิออนซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของสสาร องค์ประกอบอีกตัวหนึ่งคือเลปตอน ซึ่งมีอิเล็กตรอนเป็นส่วนประกอบ ควาร์กมีอยู่ 6 ประเภท แต่ละประเภทมีประจุไฟฟ้าเป็นเศษส่วนที่แตกต่างกันคือ +2/3 หรือ −1/3 โปรตอนประกอบด้วยอัพควาร์ก 2 ตัวและดาวน์ควาร์ก 1 ตัว ขณะที่นิวตรอนประกอบด้วยอัพควาร์ก 1 ตัวและดาวน์ควาร์ก 2 ตัว ความแตกต่างนี้เป็นตัวบ่งบอกถึงความแตกต่างของมวลและประจุระหว่างอนุภาคสองชนิด ควาร์กยึดเหนี่ยวกันไว้ได้ด้วยแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม ซึ่งเป็นลักษณะของกลูออน กลูออนเป็นอนุภาคชนิดหนึ่งในตระกูลเกจโบซอน ซึ่งเป็นอนุภาคมูลฐานทางด้านแรงปฏิกิริยาทางฟิสิกส์[47][48] อิเล็กโทรไลต์
โดยปกติแล้วอิเล็กโทรไลต์จะอยู่ในรูปของกรด เบส หรือเกลือ นอกจากนี้ แก๊สบางชนิดอาจทำตัวเป็นอิเล็กโทรไลต์ได้ภายใต้อุณหภูมิสูงและความดันต่ำ โพซิตรอน
ดิแรกได้เขียนรายงานการติดตามผลในเดือนธันวาคม ปี 1929 ที่พยายามจะอธิบายการแก้ปัญหาพลังงานที่มีค่าเป็นลบนี้ที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้สำหรับอิเล็กตรอนในรูปแบบทฤษฎีที่มีลักษณะเป็นเชิงสัมพัทธ์ 
เขาโต้แย้งว่า " ... อิเล็กตรอนประกอบไปด้วยพลังงานเชิงลบที่เคลื่อนที่อยู่ในภายนอกสนาม [แม่เหล็กไฟฟ้า] ราวกับว่าจะถูกนำพาให้เคลื่อนที่ไปโดยประจุบวก" เขายังยืนยันว่าทุก ๆ พื้นที่จะได้รับการพิจารณาว่าเป็น "ทะเล" ของสถานะพลังงานเชิงลบ ("sea" of negative energy states) ที่ได้รับการเติมเต็ม สายอากาศ
โดยทั่วไปสายอากาศจะประกอบด้วยโครงสร้างของตัวนำโลหะที่เรียกว่าอีลิเมนท์ขับ  () ที่ต่อทางไฟฟ้า(มักจะผ่านทางสายส่ง)เข้ากับเครื่องส่งหรือเครื่องรับ เครื่องส่งจะบังคับให้กระแสไฟฟ้าที่เป็นคลื่นของอิเล็กตรอนไหลผ่านสายอากาศ กระแสไฟฟ้าดังกล่าวจะสร้างสนามไฟฟ้าที่เป็นคลื่นไปตามอีลิเมนท์นั้น สนามพลังที่เปลี่ยนแปลงไปตามเวลาเหล่านี้จะถูกแผ่กระจายออกไปจากสายอากาศเข้าสู่อากาศในรูปของคลื่นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ตามขวาง ทางด้านรับ คลื่นเหล่านี้เข้ามารวมกันที่สายอากาศ สนามแม่เหล็กและไฟฟ้าที่เป็นคลื่นจะสร้างแรงขึ้นบนอิเล็กตรอนในอีลิเมนท์ของสายอากาศ ทำให้พวกอิเล็กตรอนต้องเคลื่อนที่กลับไปกลับมา เป็นการสร้างกระแสที่เป็นคลื่นในสายอากาศ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) เป็นรูปแบบเดิมของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน มันใช้ลำแสงอิเล็กตรอนไฟฟ้าแรงสูงในการสร้างภาพ ลำแสงอิเล็กตรอนถูกผลิตโดยปืนอิเล็กตรอนที่ทั่วไปแล้วได้ติดตั้งแคโทดที่มีไส้หลอดเป็นทังสเตนเพื่อเป็นแหล่งที่มาของอิเล็กตรอน ลำแสงอิเล็กตรอนถูกเร่งความเร็วโดยขั้วบวกปกติที่ 100 กิโลอิเล็กตรอนโวลท์ (kev) (40-400 kev) เมื่อเทียบกับแคโทด จากนั้นลำแสงจะถูกโฟกัสโดยเลนส์ไฟฟ้าสถิตและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและส่องผ่านชิ้นงานที่มีบางส่วนที่โปร่งใสกับอิเล็กตรอนและบางส่วนกระจายลำแสงออกไป เมื่อลำแสงอิเล็กตรอนผ่านพ้นออกมาจากชิ้นงานมันจะเก็บข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของชิ้นงานออกมาด้วยซึ่งจะมีการขยายโดยระบบเลนส์ใกล้วัตถุ () ของกล้องจุลทรรศน์นั้น การเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่ในข้อมูลนี้ ("ภาพ") อาจสามารถดูได้โดยการฉายภาพอิเล็กตรอนที่ถูกขยายแล้วนี้ลงบนหน้าจอดูเรืองแสงที่เคลือบด้วยวัสดุสารเรืองแสงหรือ scintillator เช่นสังกะสีซัลไฟด์ หรืออีกทางเลือกหนึ่งภาพสามารถถูกบันทึกได้แบบการถ่ายรูปโดยการฉายแสงอิเล็กตรอนโดยตรงลงบนแผ่นฟิล์มถ่ายรูป หรือสารเรืองแสงความละเอียดสูงอาจต่อเข้ากับตัวรับแสงของกล้องถ่ายรูปที่ใช้ CCD (อุปกรณ์ถ่ายเทประจุ) ด้วยระบบเลนส์ออปติคอลหรือตัวนำแสงแบบใยแก้ว ภาพที่จับได้โดย CCD อาจจะแสดงบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ ปฏิยานุภาค
ปฏิยานุภาค () เป็นอนุภาคที่มีความสอดคล้องมากที่สุดกับอนุภาคปกติธรรมดา มีความสัมพันธ์กันคือมีมวลเท่ากันและมีประจุไฟฟ้าที่ตรงกันข้าม ยกตัวอย่างเช่น ปฏิยานุภาคของอิเล็กตรอนเป็นอิเล็กตรอนที่มีประจุบวก, หรือเรียกว่าโพซิตรอนที่ถูกสร้างขึ้นในการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีบางชนิดตามธรรมชาติ พาหะของประจุไฟฟ้า
พาหะของประจุไฟฟ้า () ในฟิสิกส์, หมายถึงอนุภาคเคลื่อนที่อิสระที่ขนส่งประจุไฟฟ้าในสารตัวนำไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอน, ไอออน(อะตอมที่มีประจุบวกหรือลบ), และ โฮล. สนามไฟฟ้าสามารถออกแรงบังคับอนุภาคอิสระเหล่านี้ ให้เคลื่อนที่ไปในตัวนำนั้น; เรียกการเคลื่อนที่นี้ว่ากระแสไฟฟ้า ในตัวนำที่แตกต่างกัน อนุภาคที่ใช้ขนส่งประจุก็แตกต่างกันไป ได้แก่ : อิเล็กตรอน
นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษชื่อ โยฮัน วิลเฮล์ม เฮ็ดทอร์ฟ (Johann Wilhelm Hittorf) ได้ศึกษาการนำไฟฟ้าในก๊าซบริสุทธิ์: ในปี ค.ศ. 1869 เขาค้นพบการเรืองแสงที่เพิ่มขึ้นที่ออกมาจากหลอดรังสีแคโทดในขณะที่ลดความดันของก๊าซที่อยู่ภายในลง ในปี 1876 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ เออเก็น โกลด์สไตน์ (Eugen Goldstein) ได้แสดงให้เห็นว่ารังสีจากการเรืองแสงนี้ทอดเงาได้และเขาขนานนามว่า รังสีแคโทด [9] ในระหว่างช่วงยุคปี ค.ศ. 1870 นักฟิสิกส์และนักเคมีชาวอังกฤษ เซอร์ วิลเลียม ครูกส์ (Sir William Crookes) ได้พัฒนาหลอดรังสีแคโทดที่มีสภาพความเป็นสุญญากาศสูงอยู่ภายในขึ้นเป็นครั้งแรก [10] จากนั้นเขาก็แสดงให้เห็นว่ารังสีเรืองแสงที่ปรากฏภายในหลอดนั้นสามารถนำพาพลังงานไปได้และเคลื่อนที่ออกมาจากแคโทดไปยังแอโนด นอกจากนี้โดยการใช้สนามแม่เหล็กเขาก็สามารถที่จะหันเหทิศทางของรังสีนี้ได้จึงแสดงให้เห็นว่าลำแสงนี้ทำตัวราวกับว่ามันเป็นประจุลบ [11][12] ในปี 1879 เขาเสนอว่าคุณสมบัติเหล่านี้สามารถอธิบายได้โดยสิ่งที่เขาเรียกว่า 'สสารแผ่รังสี' (radiant matter) เขาได้เสนอแนะว่านี่คือสถานะที่สี่ของสสารที่ประกอบด้วยโมเลกุลที่มีประจุลบที่ถูกฉายออกมาด้วยความเร็วสูงจากขั้วแคโทด [13] หลอดสุญญากาศ
หลอดสุญญากาศ () หรือ หลอดอิเล็กตรอน (electron tube : ในอเมริกา) หรือ วาล์วเทอร์มิออนิค (thermionic valve : ในอังกฤษ) ในทางอิเล็กทรอนิกส  หมายถึงอุปกรณ์ที่ควบคุมกระแสไฟฟ้าผ่านขั้วอิเล็กโทรดภายในบริเวณที่มีอากาศหรือก๊าซเบาบาง ปรากฏการณ์ ทางฟิสิกส์ที่ใช้อธิบายการนำไฟฟ้าก็คือ ปรากฏการณ์เทอร์มิออนิค อิมิตชัน (thermionic emission) ซึ่งอธิบายว่าเมื่อโลหะถูกทำให้ร้อนจนถึงระดับหนึ่งด้วยการป้อนกระแสไฟฟ้าจะทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกมาที่ผิวของโลหะ เมื่อทำการป้อนศักย์ไฟฟ้าเพื่อดึงดูดอิเล็กตรอนที่หลุดออกมาอยู่ที่ผิวด้วยขั้วโลหะอีกขั้วหนึ่งที่อยู่ข้างๆ จะทำให้เกิดการไหลของกระแสได้ เราเรียกหลอดสุญญากาศที่มีขั้วโลหะเพียงสองขั้วนี้ว่า หลอดไดโอด (Diode) โดยขั้วที่ให้อิเล็กตรอนเรียกว่า คาโธด (Cathode) และขั้วที่รับอิเล็กตรอนเรียกว่า อาโนด (Anode) โดยปกติจะมีรูปร่างเป็นแผ่นโลหะธรรมดา บางทีจะเรียกว่า เพลท (Plate) การไหลของกระแสไฟฟ้าของหลอดไดโอดเป็นแบบไม่เป็นเชิงเส้น (Non-linear current) กล่าวคือ เมื่อป้อนศักย์ไฟฟ้าบวกให้กับขั้วอาโนดและศักย์ไฟฟ้าลบให้กับขั้วคาโธดจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลดังที่ได้อธิบายผ่านมา แต่เมื่อป้อนศักย์ไฟฟ้ากลับทางคือ ป้อนศักย์ไฟฟ้าบวกให้กับคาโธดและป้อนศักย์ไฟฟ้าลบให้กับอาโนดจะทำให้กระแสไฟฟ้าไม่สามารถไหลได้ ซึ่งเป็นผลมาจากอิเล็กตรอนถูกผลักด้วยผลของสนามไฟฟ้านั้นเอง ซึ่งคุณสมบัติข้อนีจึงทำให้สามารถนำหลอดไดโอดไปใช้เป็นอุปกรณ์เรียงกระแส (rectifier) ได้  เปลือกอิเล็กตรอน
เปลือกแต่ละชั้นจะมี "เปลือกย่อย" () หนึ่งชั้นหรือมากกว่านั้น แต่ละเปลือกย่อยก็อาจมีหนึ่งวงโคจรของอะตอมหรือมากกว่านั้นก็ได้ ไฟฟ้าเคมี
ไฟฟ้าเคมี () เป็นศาสตร์ของปฏิกิริยาที่ผิวหน้าสัมผัสของ วัสดุตัวนำอิเล็กโทรนิก (conductor material) ซึ่งเป็นอิเล็กโทรด (electrode) ที่อาจเป็นโลหะ หรือสารกึ่งตัวนำอย่างกราไฟต์ (graphite) และไอออนิกคอนดักเตอร์อิเล็กโตรไลต์ (electrolyte) ถ้าปฏิกิริยาเคมี (chemical reaction) เกิดจาก แรงดันไฟฟ้า (voltage) ภายนอกหรือถ้าแรงดันไฟฟ้าเกิดจากปฏิกิริยาเคมี ดังเช่นไฟฟ้าในแบตเตอรี่ (Battery) อย่างนีเราเรียกว่าปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าโดยทั่วไปวิชาเคมีไฟฟ้า จะเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาออกซิเดชัน (oxidation) และปฏิกิริยารีดักชัน (reduction) และทิศทางของประจุไฟฟ้า (charge transfer) จากโมเลกุลหนึ่งไปยังที่อื่นจะไม่ถือว่าเป็นเนื้อหาในเคมีมินิ อิเล็กตรอน
หมวดหมู่:ฟิสิกส์อนุภาค หมวดหมู่:เคมี หมวดหมู่:วัสดุศาสตร์ อนุภาคมูลฐาน
ในฟิสิกส์ของอนุภาค อนุภาคมูลฐาน () หมายถึงอนุภาคหนึ่งที่โครงสร้างย่อยไม่เป็นที่รู้จัก ดังนั้นเราจึงไม่รู้ว่ามันประกอบขึ้นด้วยอนุภาคอื่นหรือไม่ มันเป็นหน่วยย่อยที่สุดในทางทฤษฎีฟิสิกส์ทั่วไป เราไม่ถือว่ามันประกอบขึ้นมาจากสิ่งใดอีก อนุภาคมูลฐานที่เรารู้จักกันดีที่สุดคือ อิเล็กตรอน ซึ่งไม่สามารถแยกย่อยเป็นอนุภาคใดๆได้อีก การปล่อยโพซิตรอน
การจับยึดอิเล็กตรอน (บางครั้งเรียกว่าการสลายให้ตรงข้ามบีตา ()) ก็ถูกแยกประเภทเป็นครั้งคราวให้เป็นชนิดหนึ่งของการสลายให้บีตาอีกด้วย ในบางวิธี การจับยึดอิเล็กตรอนสามารถถือได้ว่าเทียบเท่ากับการปล่อยโพซิตรอน, เพราะในการจับยึดอิเล็กตรอนหนึ่งตัวจะส่งผลให้มีการปล่อยโพซิตรอนหนึ่งตัวด้วยเหมือนกับเป็นการแปรพันธ์ุเช่นกัน การจับยึดอิเล็กตรอนเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนพร้อมใช้งานและมันต้องการความแตกต่างของพลังงานระหว่างพ่อแม่และลูกสาวน้อยลง ซึ่งจะเกิดขึ้นบ่อยครั้งในอะตอมขนาดเล็ก มากกว่าจะเกิดขึ้นในการปล่อยโพซิตรอน การจับยึดอิเล็กตรอนมักจะแข่งขันกับการปล่อยโพซิตรอนเนื่องจากการปล่อยโพซิตรอนจะสามารถมองเห็นและนอกจากนี้จะเกิดขึ้นเป็นชนิดเดียวเท่านั้นของการสลายให้บีตาในนิวเคลียสทราร่ำรวยโปรตอนเมื่อไม่มีพลังงานการสลายมากเพียงพอที่จะสนับสนุนการปล่อยโพซิตรอน ตัวนำไฟฟ้า
ในวัสดุโลหะนำไฟฟ้า เช่น ทองแดงหรืออะลูมิเนียม อนุภาคประจุเคลื่อนที่ได้ คือ อิเล็กตรอน ประจุบวกยังอาจเคลื่อนที่ได้เช่นกัน เช่น อิเล็กโทรไลต์แคทไอออนของแบตเตอรี หรือโปรตอนเคลื่อนที่ในตัวนำโปรตอนของเซลล์เชื้อเพลิง ส่วนฉนวนเป็นวัสดุไม่นำไฟฟ้าโดยมีประจุเคลื่อนที่น้อย และสนับสนุนกระแสไฟฟ้าที่มีขนาดเล็กน้อย ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก
ในปี 1905 ไอสไตน์ได้อธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกโดยใช้แนวความคิดของพลังค์ คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ f ที่ตกกระทบผิวโลหะจะมีลักษณะคล้ายอนุภาคประกอบด้วยพลังงานเล็กๆ E เรียกว่า ควอนตัมของพลังงานหรือ โฟตอน (photon) โดย E = hf ถ้าพลังงานนี้มีค่ามากกว่าเวิร์กฟังก์ชัน อิเล็กตรอนจะหลุดออกจากโลหะด้วยพลังงานจลน์มากสุด E (max)  สารกึ่งตัวนำ
เป็นสารกึ่งตัวนำที่เกิดจากการจับตัวของอะตอมซิลิกอนกับอะตอมของสารหนู ทำให้มีอิเล็กตรอนเกินขึ้นมา 1 ตัว เรียกว่าอิเล็กตรอนอิสระซึ่งสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในก้อนผลึกนั้นจึงยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลได้เช่นเดียวกับตัวนำทั่วไป  ความต้านทานและการนำไฟฟ้า
วัสดุก็มีความสำคัญเช่นกัน ท่อที่เต็มไปด้วยเส้นผมจะจำกัดการไหลของน้ำมากกว่าท่อที่สะอาดที่มีรูปร่างและขนาดเดียวกัน ในทำนองเดียวกัน อิเล็กตรอน สามารถไหลได้อย่างอิสระและง่ายดายผ่านสาย ทองแดง แต่ไม่สามารถไหลได้อย่างง่ายดายผ่านลวด เหล็ก ที่มีรูปร่างและขนาดเดียวกัน และที่สำคัญกระแสไม่สามารถไหลได้อย่างสิ้นเชิงผ่าน ฉนวน เช่น ยาง โดยไม่ต้องคำนึงถึงรูปร่างของมัน ความแตกต่างระหว่างทองแดง, เหล็ก, และยางจะเกี่ยวข้องกับโครงสร้างโมเลกุลและรูปแบบการเรียงตัวของ อิเล็กตรอน ของพวกมัน และมีการวัดโดยคุณสมบัติที่เรียกว่า สภาพต้านทาน ประจุไฟฟ้า
ประจุไฟฟ้าของวัตถุ [[ที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า]] () คือผลรวมของประจุไฟฟ้าของอนุภาคที่ทำมันขึ้นมา ประจุนี้มักจะมีขนาดเล็กเพราะสสารจะทำขึ้นจากหลาย [[อะตอม]], และอะตอมก็มักจะมีจำนวนของ [[โปรตอน]] และ [[อิเล็กตรอน]] เท่ากัน ซึ่งในกรณีที่ประจุของพวกมันหักล้างซึ่งกันและกัน ทำให้ผลลัพธ์สุทธิของประจุออกมาเป็นศูนย์ จึงทำให้อะตอมเป็นกลาง ผลกระทบที่ผิว
ตัวนำทั้งหลาย ที่มักจะอยู่ในรูปแบบของสายไฟ อาจถูกใช้ในการส่งพลังงานหรือสัญญาณไฟฟ้าโดยการให้ กระแสสลับ ไหลผ่านตัวนำนั้น ตัวขนส่งประจุ (English: charge carrier) ที่ประกอบขึ้นเป็นกระแส ที่มักจะเป็น อิเล็กตรอน จะถูกขับเคลื่อนด้วยสนามไฟฟ้าที่เกิดจากจากแหล่งที่มาของพลังงานไฟฟ้า กระแสสลับในตัวนำจะก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กสลับในและรอบ ๆ ตัวนำ เมื่อความเข้มของกระแสในตัวนำมีการเปลี่ยนแปลง สนามแม่เหล็กก็มีการเปลี่ยนแปลงเช่นกัน การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กเป็นผลในการสร้างสนามไฟฟ้าซึ่งตรงข้ามกับการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของกระแส สนามไฟฟ้าฝ่ายตรงข้ามนี้เรียกว่า "แรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ"[note 1] (English: counter-electromotive force) (EMF กลับหลัง (English: back EMF)) แรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับจะมีมากที่สุดที่ศูนย์กลางของตัวนำและมันจะบังคับให้อิเล็กตรอนนำกระแสออกไปที่ผิวของตัวนำดังแสดงในแผนภาพด้านขวา[1] นิวตรอน
คำว่า "นิวตรอน" มาจากภาษากรีก neutral ที่แปลว่า เป็นกลาง อิเล็กตรอน
นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษที่เกิดในเยอรมันชื่อ อาร์เธอร์ ชูสเตอร์ (Arthur Schuster) ได้ขยายความการทดลองของครูกส์ต่อไปอีก โดยการวางแผ่นโลหะขนานไปกับลำรังสีแคโทดนี้และโดยการใช้ศักย์ไฟฟ้าต่อเข้าระหว่างแผ่นโลหะทั้งสองนั้น ระดับของแฟร์มี
ระดับของแฟร์มี () เป็นศักย์เคมีรวมสำหรับอิเล็กตรอน (หรือศักย์ไฟฟ้าเคมีสำหรับอิเล็กตรอน) และมักจะแสดงรูปเป็น "µ" หรือ "E". ระดับของแฟร์มีของบอดี้หนึ่งเป็นปริมาณทางอุณหพลศาสตร์ และความสำคัญของมันก็คืองานทางอุณหพลศาสตร์ที่จำเป็นในการเพิ่มอิเล็กตรอนหนึ่งตัวให้กับบอดี้ (ไม่นับงานที่จำเป็นในการลบอิเล็กตรอนออกจากที่ใดก็ตามที่มันจากมา)  ไอออน
ตัวอย่างเช่น โซเดียม มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 1 ตัว ในชั้นอิเล็กตรอนนอกสุด ดังนั้น ในรูปที่เป็นไอออน จึงมักจะพบในรูปที่สูญเสียอิเล็กตรอน 1 ตัว นั่นคือ Na ส่วนอีกฝากหนึ่งของตารางธาตุ คลอรีนนั้นมีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 7 ตัว ดังนั้น รูปไอออนของมันที่พบทั่วไป จึงรับอิเล็กตรอนไว้ 1 ตัว นั่นคือ Cl สำหรับธาตุแฟรนเซียมนั้นมีพลังงานในการสร้างไอออนต่ำที่สุดในบรรดาธาตุทั้งหมด ส่วนฟลูออรีนนั้นมีพลังงานมากที่สุดในมิติควันตัม ซึ่งเป็นที่อยู่ของสสารที่มีโมเลกุลเล็กกว่าอะตอม,โปรตรอน,นิวตรอนและอิเล็กตรอน ธาตุกึ่งโลหะ
องค์ประกอบทั้งหมดได้รับการยอมรับกันทั่วไปว่าเป็น metalloids (หรือสารประกอบของมัน) ได้ถูกนำมาใช้ในสารกึ่งตัวนำหรือ solid-state อุตสาหกรรมทรอนิกส์ [61] คุณสมบัติบางส่วนของโบรอนมีการ จำกัด การใช้งานเป็นสารกึ่งตัวนำ แต่ก็มีจุดหลอมละลายสูงผลึกเดี่ยวจะค่อนข้างยุ่งยากและเป็นเรื่องยากที่จะได้รับและการแนะนำและควบคุมรักษาสิ่งสกปรก [62] ซิลิกอนเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชั้นนำ; มันเป็นพื้นฐานของ Eletronicsทันสมัย (รวมถึงเซลล์แสงอาทิตย์มาตรฐาน)[63] และเทคโนโลยีการสื่อสาร [64] แม้จะมีการศึกษาของเซมิคอนดักเตอร์ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ได้รับการยกย่องให้เป็น "สิ่งสกปรกของฟิสิกส์" และไม่สมควรได้รับความสนใจมาก [65] เจอร์เมเนียมส่วนใหญ่ได้รับการแทนที่ด้วยซิลิกอนในอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำเป็นที่ถูกกว่าความยืดหยุ่นมากขึ้นในการดำเนินงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นและง่ายต่อการทำงานในระหว่างขั้นตอนการผลิตไมโครอิเล็กทรอนิกส์ [66] เจอร์เมเนียมยังคงเป็นส่วนประกอบของสารกึ่งตัวนำ "ผสม" ซิลิคอนเจอร์เมเนียม และสิ่งเหล่านี้มีการเติบโตในการใช้งานโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์สื่อสารไร้สาย; โลหะผสมดังกล่าวใช้ประโยชน์จากการเคลื่อนย้ายผู้ให้บริการที่สูงขึ้นของเจอร์เมเนียม [67] การสังเคราะห์ในปริมาณแกรมขนาดของสารกึ่งตัวนำ germananeมีรายงานในปี 2013 นี้ประกอบด้วยอะตอมแผ่นหนาของไฮโดรเจนอะตอมสิ้นสุดเจอร์เมเนียมคล้ายคลึงกับ graphene อิเล็กตรอนจะดำเนินการมานานกว่าสิบครั้งเร็วกว่าซิลิกอนและห้าครั้งเร็วกว่าเจอร์เมเนียมและคิดว่าจะมีศักยภาพในรู้สึกการใช้งาน [68] การพัฒนาเจอร์เมเนียมสายตามขั้วบวกว่ากว่าสองเท่าความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ถูกรายงานในปี 2014 [69] ในปีเดียวกันลีอัล รายงานว่าคริสตัลปราศจากข้อบกพร่องของ graphenelargeพอที่จะมีการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์สามารถนำมาปลูกและลบออกจากพื้นผิวเจอร์เมเนียม [70] สารหนูและพลวงไม่ได้เซมิคอนดักเตอร์ในรัฐมาตรฐาน ทั้งสองชนิดรูปแบบเซมิคอนดักเตอร์III-V ซึ่งค่าเฉลี่ยของจำนวนอิเล็กตรอนต่ออะตอมเป็นเช่นเดียวกับที่กลุ่ม 14 องค์ประกอบสารเหล่านี้เป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานพิเศษบางอย่าง [71] นาโนคริสตัลพลวงอาจช่วยให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะถูกแทนที่ด้วยโซเดียมมีประสิทธิภาพมากขึ้นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน [72] เทลลูเรียมซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำในมาตรฐานของมันส่วนใหญ่จะใช้เป็นส่วนประกอบในประเภท II / VI;สารเหล่านี้มีการใช้งานในไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เลนส์ [73] ลลูไรด์แคดเมียมคือการใช้โมดูลแสงอาทิตย์สำหรับประสิทธิภาพการแปลงสูง, ต้นทุนการผลิตต่ำและช่องว่างขนาดใหญ่ของวง 1.44eV ให้มันดูดซับรังกว้างของความยาวคลื่น [74] สถานะจำกัดขอบเขต
- โปรตอนและอิเล็กตรอนที่อยู่อย่างโดดเดี่ยวจะถูกเรียกว่า ไอออน (Ionized atom) เมื่ออิเล็กตรอนเริ่มเคลื่อนที่เข้าสู่วงโคจรของโปรตอนจะเกิดสถานะจำกัดขอบเขตเปลี่ยนเป็นไฮโดรเจนอะตอม ขณะนั้นพลังงานรวมของศูนย์กลางมวลจะเปลี่ยนจากค่าบวกเป็นค่าลบ ไฟฟ้าเคมี
ธาตุเคมีที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมี (chemical reaction) ไฟฟ้าจะขึ้นกับจำนวนอิเล็กตรอน (electron) ที่มันจะรับหรือจะให้ซึ่งเรียกว่า"ออกซิเดชั่นสเตต" (oxidation state) ในสถานะที่เป็นกลาง (neutral state) ออกซิเดชั่นสเตตจะเท่ากับ 0 ถ้าอะตอมใดอะตอมหนึ่งเป็นผู้ให้อิเล็กตรอนในปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นออกซิเดชั่นสเตตของมันจะเพิ่มขึ้นและถ้าธาตุใดรับอิเล็กตรอนออกซิเดชั่นสเตตของมันจะลดลง ดังตัวอย่างเมื่อโซเดียมทำปฏิกิริยากับคลอรีนโซเดียมจะให้อิเล็กตรอน 1 ตัวแล้วมันจะมีออกซิเดชั่นสเตตเป็น +1 ส่วนคลอรีนรับอิเล็กตรอนไป 1 ตัวจะมีค่าออกซิเดชั่นสเตตลดลงเป็น -1 ออกซิเดชั่นสเตตจะเป็น 0 ในปฏิกิริยาเคมีที่ประจุ + และ - หักล้างกันพอดี และแรงดึงดูดไอออนต่างชนิดกันระหว่างของโซเดียมและคลอรีนเรียกว่าไอออนิกบอนด์ (ionic bond) การสูญเสียอิเล็กตรอนของธาตุเคมีเราเรียกว่าออกซิเดชั่น (oxidation) และการได้รับอิเล็กตรอนเราเรียกว่ารีดักชั่น (reduction) เพื่อให้จำง่ายเรามีเทคนิคช่วยจำ (mnemonic) ที่นิยมกันมากดังนี้ดังนี้สสารที่สูญเสียอิเล็กตรอนจะเรียกว่ารีดิวซิ่งเอเจนต์หรือรีดักแตนท์และถ้าสสารที่รับอิเล็กตรอนจะเรียกว่าออกซิไดซิ่งเอเจนต์หรือออกซิแดนท์ ในปฏิกิริยาเคมีออกซิไดซิ่งเอเจนต์จะถูกลดประจุไฟฟ้าหรือถูกรีดิวซ์เสมอและรีดิวซิ่งเอเจนต์จะถูกออกซิไดซ์เสมอ การเพิ่มออกซิเจน สูญเสียไฮโดรเจน และเพิ่มตัวเลขออกซิเดชั่น ปฏิกิริยาเคมีนี้จะเรียกออกซิเดชั่น และในทางตรงกันข้ามเรียกว่ารีดักชั่น และปฏิกิริยาเคมีที่มีทั้งออกซิเดชั่นและรีดักชั่นจะเรียกปฏิกิริยานี้ว่ารีดอกซ์ (redox) เป็นเรื่องธรรมดาที่เมื่อสสารหนึ่งเสียอิเล็กตรอนสสารอีกตัวก็จะเป็นผู้รับมัน ในปฏิกิริยาเคมีที่ต้องการออกซิแดนท์ ออกซิเจนคือออกซิแดนท์ แต่ออกซิแดนท์ไม่จำเป็นต้องเป็นออกซิเจน ฟลูออรีนก็เป็นตัวออกซิแดนท์ที่ดีและแรงกว่าออกซิเจนด้วยเนื่องจากมันมีอิเล็กโตรเนกาติวิตี (electronegativity) สูงกว่าออกซิเ วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์
Electronics เป็นสาขาย่อยภายในวิชาการวิศวกรรมไฟฟ้า ปริญญาด้วย major ทางอิเล็กทรอนิกส์สามารถประสิทธ์ประศาสตร์ได้จากมหาวิทยาลัยบางแห่ง ในขณะที่มหาวิทยาลัยบางแห่งให้ปริญญาเป็นวิศวกรรมไฟฟ้าเฉย ๆ วิศวกรไฟฟ้ายังถูกใช้ในโลกของการศึกษาว่ารวมถึงวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์. อย่างไรก็ตามบางคนพิจารณาว่า 'วิศวกรไฟฟ้า' ควรจะสงวนไว้สำหรับผู้ที่มีความเชี่ยวชาญในไฟฟ้ากำลังหรือไฟฟ้าแรงดันสูง ขณะที่คนอื่นพิจารณาว่า'กำลัง'เป็นเพียงหนึ่งในส่วนย่อยของวิศวกรรมไฟฟ้าและใช้ 'power engineering' แทน ปัจจุบัน มีการเรียนการสอนในส่วนของวิศวกรรมไฟฟ้าที่มีการศึกษาในเบื้องลึกและประศาสตร์ปริญญาให้ต่างหาก เช่น 'วิศวกรรมข้อมูล', 'วิศวกรรมระบบ', 'วิศวกรรมระบบสื่อสาร' ซึ่งจะถูกตามท้ายด้วยแผนกการศึกษาที่มีชื่อคล้ายกันและทั่วไปก็ไม่ถือว่าเป็นสาขาหนึ่งของวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์แต่ว่าเป็นวิศวกรรมไฟฟ้า เวเลนซ์อิเล็กตรอน
หมวดหมู่:พันธะเคมี หมวดหมู่:อิเล็กตรอน การแปลงภายใน
ในแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกลศาสตร์ควอนตัมสำหรับกระบวนการการแปลงภายใน, wavefunction ของอิเล็กตรอนที่เปลือกชั้นใน (ปกติจะเป็น "s" อิเล็กตรอน) จะแทรกซึมเข้าไปในเนื้อของ นิวเคลียส ซึ่งหมายความว่ามีความเป็นไปได้ที่แน่นอนของการค้นหาอิเล็กตรอนภายในนิวเคลียส เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ อิเล็กตรอนอาจเชื่อมไปยังสภาวะของพลังงานที่ถูกกระตุ้นของนิวเคลียสและใช้พลังงานจากการเปลี่ยนผ่านนิวเคลียสโดยตรง โดยปราศจากรังสีแกมมาช่วงกลางที่ถูกผลิตในครั้งแรก พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาจะเท่ากับพลังงานการเปลี่ยนผ่านในนิวเคลียส, ลบด้วยพลังงานยึดเหนี่ยวของอิเล็กตรอนที่ยึดเหนี่ยวเข้ากับอะตอม อะตอม
วงโคจรอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดของอะตอมในสภาวะที่ไม่ได้รวมกัน รู้จักกันในชื่อว่า วงโคจรเวเลนซ์ อิเล็กตรอนที่อยู่ในวงโคจรนี้จะเรียกชื่อว่า เวเลนซ์อิเล็กตรอน จำนวนของเวเลนซ์อิเล็กตรอนหาได้จากพฤติกรรมของแรงยึดเหนี่ยวกับอะตอมอื่น ๆ เพราะอะตอมมีแนวโน้มจะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีกับอะตอมอื่น ๆ ในลักษณะที่คอยเติมเต็ม (หรือทำให้ว่าง) วงโคจรเวเลนซ์ชั้นนอกสุด [98] ตัวอย่างเช่น การเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนเดี่ยวระหว่างอะตอมเป็นการประมาณการที่มีประโยชน์สำหรับพันธะที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่มีอิเล็กตรอนในวงโคจรเกินมา 1 ตัว กับอีกอะตอมหนึ่งที่ขาดอิเล็กตรอนในวงโคจรไป 1 ตัว ซึ่งเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นในสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ และเกลือไอออนทางเคมีอื่น ๆ อย่างไรก็ดี ธาตุหลายชนิดปรากฏว่ามีเวเลนซ์หลายตัว หรือมีแนวโน้มที่จะมีจำนวนอิเล็กตรอนในสารประกอบที่แตกต่างกันเป็นจำนวนไม่เท่ากัน ดังนั้นพันธะเคมีระหว่างธาตุเหล่านี้จึงทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนหลายรูปแบบซึ่งมีการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนมากกว่า 1 ตัว ตัวอย่างเหล่านี้รวมไปถึงธาตุคาร์บอนและสารประกอบอินทรีย์อื่น ๆ [99] อิเล็กตรอนโวลต์
พลังงานหนึ่งอิเล็กตรอนโวลต์เป็นพลังงานที่น้อยมาก คือ ประจุไฟฟ้า
การทดลองเรื่องหยดน้ำมัน ในศตวรรษที่ยี่สิบได้แสดงให้เห็นว่า ประจุจะถูก "quantized"; นั่นคือ ประจุของวัตถุใด ๆ จะมีค่าเป็นผลคูณที่เป็นจำนวนเต็มของหน่วยเล็ก ๆ แต่ละตัวที่เรียกว่า ประจุมูลฐาน หรือค่า "e" (เช่น 0e, 1e, 2e แต่ไม่ใช่ 1/2e หรือ 1/3e) "e" มีค่าประมาณเท่ากับ (ยกเว้นสำหรับอนุภาคที่เรียกว่า ควาร์ก ซึ่งมีประจุที่มีผลคูณที่เป็นจำนวนเต็มของ "e/3") โปรตอน มีประจุเท่ากับ +"e" และ อิเล็กตรอน มีประจุเท่ากับ -"e" การศึกษาเกี่ยวกับอนุภาคที่มีประจุและการปฏิสัมพันธ์ของพวกมันจะถูกไกล่เกลี่ยโดย โฟตอน ได้อย่างไรจะเรียกว่า ไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัม รังสีเอกซ์
ทฤษฎีอิเล็กตรอนสมัยปัจจุบัน อธิบายถึงการเกิดรังสีเอกซ์ว่า ธาตุประกอบด้วยอะตอมจำนวนมากในอะตอมแต่ละตัวมีนิวเคลียสเป็นใจกลาง และมีอิเล็กตรอนวิ่งวนเป็นชั้น ๆ ธาตุเบาจะมีอิเล็กตรอนวิ่งวนอยู่น้อยชั้น และธาตุหนักจะมีอิเล็กตรอนวิ่งวนอยู่หลายชั้น เมื่ออะตอมธาตุหนักถูกยิงด้วยกระแสอิเล็กตรอน จะทำให้อิเล็กตรอนที่อยู่ชั้นในถูกชนกระเด็นออกมาวิ่งวนอยู่รอบนอกซึ่งมีภาวะไม่เสถียรและจะหลุดตกไปวิ่งวนอยู่ชั้นในอีก พร้อมกับปล่อยพลังงานออกในรูปรังสี ถ้าอิเล็กตรอนที่ยิงเข้าไปมีพลังงานมาก ก็จะเข้าไปชนอิเล็กตรอนในชั้นลึก ๆ ทำให้ได้รังสีที่มีพลังงานมาก เรียกว่า ฮาร์ดเอกซเรย์ (hard x-ray) ถ้าอิเล็กตรอนที่ใช้ยิงมีพลังงานน้อยเข้าไปได้ไม่ลึกนัก จะให้รังสีที่เรียกว่า ซอฟต์เอกซเรย์ (soft x-ray) อิเล็กตรอน
อิเล็กตรอนนั้นจัดได้ว่าเป็นอนุภาคมูลฐานชนิดหนึ่ง อิเล็กตรอนอยู่ในตระกูลเลปตอน (lepton) ที่เป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเท่ากับ −1.602176565(35)×10−19คูลอมบ์ มีมวลประมาณ 9.10938291(40)×10−31กิโลกรัม อิเล็กตรอนมีค่าสปิน s = 1/2 ทำให้เป็นเฟอร์มิออนชนิดหนึ่ง อิเล็กตรอนเป็นปฏิยานุภาค (anti-matter) ของโพซิตรอน อิเล็กโทรด
หมวดหมู่:อิเล็กโทรด หมวดหมู่:ไฟฟ้า Klystron
Klystrons ขยายสัญญาณโดยการแปลงพลังงานจลน์ในลำแสงอิเล็กตรอน DC เป็นพลังงาน คลื่นความถี่วิทยุ. ลำแสงอิเล็กตรอนถูกผลิตโดย thermionic cathode(เม็ดของวัสดุที่มีฟังก์ชันการทำงานต่ำถูกทำให้ร้อน), และถูกเร่งโดยขั้วไฟฟ้าแรงดันสูง (โดยทั่วไปที่หลายสิบกิโลโวลต์). จากนั้น ลำแสงนี้จะผ่านเข้าไปในตัวสะท้อนคลื่นที่เป็นโพลง (). พลังงาน RF จะถูกป้อนเข้าที่อินพุทของ cavity ที่ความถี่หรือใกล้ความถี่ resonant ของมันเพื่อผลิตแรงดันไฟฟ้าที่จะมีผลกับลำแสง. สนามไฟฟ้าจะทำให้อิเล็กตรอนมัดรวมกัน: นั่นคืออิเล็กตรอนที่ผ่านไปในระหว่างสนามไฟฟ้าที่ตรงข้ามกันจะถูกเร่งและอิเล็กตรอนที่ตามมาจะมีการชะลอตัว, ทำให้ลำแสงอิเล็กตรอนที่วิ่งอย่างต่อเนื่องก่อนหน้านี้อัดกันแน่นที่ความถี่ของอินพุต. เพื่อเสริมสร้างความแข็งแกร่งของมัดอิเล็กตรอน, klystron อาจมีตัวมัด ()เพิ่มเติม. ลำแสงจะผ่านท่อ"drift" ในที่ซึ่งอิเล็กตรอนที่เร็วกว่าจะวิ่งไปทันตัวที่วิ่งช้ากว่า, ทำให้เกิดการ "อัดแน่น", จากนั้น พวกมันจะผ่านไปที่ช่อง "จับ". ในขาออกของช่อง"จับ", แต่ละมัดของอิเล็กตรอนจะเข้าสู่ cavity ในเวลาที่อยู่ในวงจรเมื่อสนามไฟฟ้าตรงข้ามกับการเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอน, ทำให้พวกมันชะลอตัวลง. ดังนั้น พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนจะถูกแปลงเป็นพลังงานศักย์ของสนาม, เป็นการเพิ่มแอมพลิจูดของ oscillation. การ oscillation ที่ถูกกระตุ้นในช่องจับจะถูกเชื่อมโยงออกมาผ่านสายโคแอค หรือท่อนำคลื่น. ลำแสงอิเล็กตรอนที่ใช้ไปและมีพลังงานลดลงจะถูกจับเอาไว้โดยขั้วไฟฟ้าสะสม () ไฟฟ้า
วัฒนธรรมโบราณรอบ ๆ ทะเลเมดิเตอร์เรเนียนจะรู้จักวัตถุบางอย่าง เช่นแท่งอำพัน เมื่อนำมาขัดถูกับขนแมว มันสามารถดึงดูดวัตถุที่เบาเช่นขนนก เธลีสแห่งมิเลทัสได้ทำข้อสังเกตหลายอย่างเกี่ยวกับไฟฟ้าสถิตราว 600 ปีก่อนคริสตกาล จากข้อสังเกตเหล่านั้นเขาเชื่อว่าการเสียดสีทำให้เกิดแม่เหล็กบนอัมพัน ซึ่งต่างกับสินแร่อื่นเช่นแมกนีไทต์ที่ไม่ต้องขัดถู [6][7] เธลีสผิดที่เชื่อว่าการดึงดูดเกิดจากแม่เหล็ก แต่วิทยาศาสตร์ต่อมาจะพิสูจน์ความเชื่อมโยงระหว่างแม่เหล็กและไฟฟ้า ตามทฤษฎีที่ขัดแย้งกัน ชาวพาเทียนอาจมีความรู้เกี่ยวกับการชุบด้วยไฟฟ้ามาก่อน เมื่ออ้างถึงการค้นพบแบตเตอรี่แบกแดดที่คล้ายคลึงกับเซลล์กัลวานีในปี ค.ศ. 1936 แม้จะยังไม่แน่นอนว่าสิ่งประดิษฐ์ที่ได้จะเป็นไฟฟ้าในธรรมชาติหรือไม่[8] วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์
อิเล็กทรอนิกส์ เดิมทีเป็นสาขาที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ และ ทดสอบวงจรไฟฟ้า ซึ่งสร้างจากอุปกรณ์ที่มีคุณสมบัติเฉพาะทางแม่เหล็กไฟฟ้า ตั้งแต่อุปกรณ์ที่เป็น active เช่นหลอดสูญญากาศ, แบตเตอรี, เซลล์เชื้อเพลิง, จอแสดงผล จนถึง อุปกรณ์จากสารกึ่งตัวนำเช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ และ อื่น ๆ รวมทั้งอุปกรณ์ที่เป็น พาสซีฟ เช่นตัวต้านทาน, ตัวเก็บประจุและขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อให้เป็นอุปกรณ์ที่ทำงานตามจุดประสงค์ที่ต้องการ เช่น เป็นวงจรวิทยุสื่อสาร วงจรคอมพิวเตอร์ เป็นต้น ปัจจุบันขอบเขตของวิศวกรรมอิเล็กโทรนิคส์ถูกขยายออกไปเป็น subfield ได้แก่ อิเล็กทรอนิกส์แอนะลอก, อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัล, อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค, ระบบการฝังตัว และอิเล็กทรอนิกส์กำลัง
วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ยังเข้าไปทำงานร่วมกับงาน implement ของ application, งานด้าน หลักการและ algorithm เกี่ยวกับฟิสิกส์ของ solid state, โทรคมนาคม, ระบบควบคุม, การประมวลผลสัญญาณ, วิศวกรรมระบบคอมพิวเตอร์, วิศวกรรมเครื่องมือ, วิศวกรรมควบคุมพลังงานไฟฟ้า, หุ่นยนต์, และอื่น ๆ อีกมากมาย. วิลเลียม กิลเบิร์ต
ในหนังสือเล่มนี้ เขายังได้ศึกษาถึงไฟฟ้าสถิต โดยการใช้แท่งอำพัน (อำพัน เป็นยางไม้แข็ง สีเหลืองอมน้ำตาล ในภาษากรีกเรียกว่า เอเล็กตรอน (elektron) ด้วยเหตุนี้ กิลเบิร์ตจึงเรียกปรากฏการณ์ที่ตนค้นพบว่า "electric force" (แรงไฟฟ้า) ไฟฟ้า
ไฟฟ้า (Greek: ήλεκτρον; English: electricity) เป็นชุดของปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ มีที่มาจาก ภาษากรีกซึ่งในสมัยนั้นหมายถึงจปจำผลจาก,ิเๆพรชขนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเนื่องจากกอขารปราคอ่หัจกฏตัวและการไหลของประจุไฟฟ้า เช่นฟ้าผ่า, ไฟฟ้าสถิต, การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและ[ผต[กระแสไฟฟ้า]] นอกจากนี้ ไฟฟ้ายังทำให้เกิดการผลิตและการรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่นคลื่นวิทยุ อะตอม
อิเล็กตรอนที่มีการเปลี่ยนแปลงระหว่างสภาวะที่แตกต่างกันสองสภาวะ จะต้องดูดซับหรือปลดปล่อยโฟตอนออกมาที่ระดับพลังงานหนึ่งซึ่งเท่ากับค่าแตกต่างของพลังงานศักย์ของสภาวะทั้งสอง พลังงานของโฟตอนที่ปลดปล่อยออกมาเป็นสัดส่วนกับความถี่ของมัน ดังนั้นระดับพลังงานที่เฉพาะเจาะจงจะมีช่วงสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์[91] ธาตุแต่ละชนิดจะมีสเปกตรัมเฉพาะ ขึ้นอยู่กับประจุนิวเคลียร์ ระดับพลังงานย่อยของอิเล็กตรอน อันตรกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างอิเล็กตรอน และปัจจัยอื่น ๆ [92] อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์
บทความเกี่ยวกับธรรมชาติเฉพาะตัวของแสง นำไปสู่แนวคิดที่ส่งผลต่อการทดลองที่มีชื่อเสียง คือปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก หลักการง่ายๆ ก็คือ แสงมีปฏิกิริยากับสสารในรูปแบบของ "ก้อน" พลังงาน (ควอนตา) เป็นห้วงๆ แนวคิดนี้เคยนำเสนอมาก่อนหน้านี้แล้วโดย แมกซ์ พลังค์ ในปี พ.ศ. 2443 ซึ่งเป็นแนวคิดที่ขัดแย้งกับทฤษฎีเกี่ยวกับคลื่นแสงที่เชื่อกันอยู่ในยุคสมัยนั้น บทความเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของบราวน์ อธิบายถึงการเคลื่อนไหวแบบสุ่มของวัตถุขนาดเล็กมากๆ ซึ่งเป็นผลโดยตรงจากการกระทำของโมเลกุล แนวคิดนี้สนับสนุนต่อทฤษฎีอะตอม บทความเกี่ยวกับอิเล็กโตรไดนามิกส์ของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ เป็นกำเนิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ แสดงให้เห็นว่าความเร็วของแสงที่กำลังสังเกตอย่างอิสระ ณ สภาวะการเคลื่อนที่ของผู้สังเกตจะต้องมีการเปลี่ยนแปลงโดยพื้นฐานไปเหมือนๆ กัน ผลสืบเนื่องจากแนวคิดนี้รวมถึงกรอบของกาล-อวกาศของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่จะช้าลงและหดสั้นลง (ตามทิศทางของการเคลื่อนที่) โดยสัมพัทธ์กับกรอบของผู้สังเกต บทความนี้ยังโต้แย้งแนวคิดเกี่ยวกับ luminiferous aether ซึ่งเป็นเสาหลักทางฟิสิกส์ทฤษฎีในยุคนั้น ว่าเป็นสิ่งที่ไม่จำเป็น บทความว่าด้วยสมดุลของมวล-พลังงาน (ซึ่งก่อนหน้านี้เชื่อว่ามันไม่เกี่ยวข้องกันเลย) ไอน์ชไตน์ปรับปรุงสมการสัมพัทธภาพพิเศษของเขาจนกลายมาเป็นสมการอันโด่งดังที่สุดแห่งคริสต์ศตวรรษที่ 20 คือ E = mc2 ซึ่งบอกว่า มวลขนาดเล็กจิ๋วสามารถแปลงไปเป็นพลังงานปริมาณมหาศาลได้ ซึ่งเป็นจุดกำเนิดการพัฒนาของพลังงานนิวเคลียร์