전자

수소의 여러가지 원자 오비탈. 색이 진할 수록 전자가 발견될 확률이 높다.

전자(Electron)는 음전하를 가지고 있는 기본 입자로서 원자의 구성 성분이기도 하다. 가장 먼저 발견된 기본 입자이자 가장 잘 알려진 기본 입자이며, 또한 가장 중요한 기본 입자이다. 지구 중력에 의한 현상을 제외하고 우리 주변에서 일어나는 거의 모든 현상에는 전자가 핵심적으로 관여하고 있다. 기호로는 e 또는 e⁻로 표기한다. 입자물리학의 표준 모형에서 전자 중성미자와 함께 1세대 렙톤(lepton, 경입자)을 이룬다. 표준 모형에 따르면 전자는 더 작은 입자로 쪼개지지 않고 그 자체로 가장 근본적인 입자이며 내부 구조가 없는 점 입자이다.

전자는 스핀이 ½인 페르미온이고 전하는 음(-)의 기본전하량인 -e (= -1.602176565(35)×10⁻¹⁹ C)이다. 질량은 9.11 x 10⁻³¹ kg(=0.511 MeV/c²)인데, 이는 전하를 가진 입자 중에서 가장 가벼운 질량이다. 그러므로 절대적으로 안정하여 수명이 무한대이며 다른 입자로 붕괴하지 않는다. 이러한 사실 때문에 현재 우리 우주에서 원자의 주요 구성 성분으로 가장 중요한 역할을 하고 있는 것이다. 전자는 네 가지의 근본적인 힘 중에서 중력, 전자기력, 약력은 작용하지만 강력은 작용하지 않는다.

전자의 반입자로 양전자가 있으며 e⁺로 나타낸다. 양전자는 전자와 전하만 반대(+e)이고 질량과 스핀은 같다. 전자와 짝을 이루는 1세대 렙톤으로 전자 중성미자가 있으며 νₔ 로 나타낸다.

역사

전자는 1897년에 영국의 물리학자 톰슨(Joseph J. Thomson, 1856-1940)이 발견하였다. 이것은 모든 기본 입자 중에서 가장 이른 발견이다.

1860~1870년대에 진공관 안의 뜨거운 필라멘트에서 빛을 내는 흐름이 발견되었다. 이를 음극선이라고 불렀으나 정체가 밝혀지지 않는 채 파동이라는 주장과 입자라는 주장이 대립되어 있었다. 이러는 가운데 톰슨이 실험을 통해 음극선이 입자의 흐름임을 알아내었다. 또한 음극선은 전기장이나 자기장에 의해 휘는데, 그 휘는 정도가 음극선을 만들어내는 물질의 종류와 무관하게 일정하였다. 톰슨은 이를 통해 음극선의 전하(e)와 질량(m)의 비 즉, e/m을 구할 수 있었고 이 값은 기존에 알려진 원자나 분자보다 수천 배가 큰 값이었다. 이는 음극선을 구성하는 입자의 전하가 매우 크거나 질량이 매우 작음을 의미한다. 톰슨은 공기 중에서 음극선의 이동 거리, 음극선에서 나오는 열 등에 대해 연구한 뒤 이 입자의 질량이 수소원자 질량의 1/1000 이하로 작다는 결론을 내리고 이 입자가 기존에 발견되지 않은 새로운 입자이며 원자의 구성 성분일 것이라고 주장하였다. 톰슨의 실험적 발견 전에 전자(electron)라는 이름의 가상적인 입자가 연구된 적이 있었기 때문에 톰슨이 발견한 입자의 이름도 자연히 전자로 명명되었다. 톰슨은 이 공로로 1906년에 노벨 물리학상을 수상하였다.

톰슨의 실험을 통해 e/m은 알 수 있었지만 e나 m을 각각 정확히 알아낼 수는 없었다. 1909년에 미국의 밀리컨(Robert A. Millikan, 1868-1953)과 ~[플레처(인명)|플레처](Harvey Fletcher, 1884-1981)]]는 기름방울 실험을 통해 전자의 전하량을 0.3%의 오차로 측정할 수 있었다. 이를 통해 전자의 전하와 질량이 밝혀졌다. 밀리컨은 이 공로로 1923년에 노벨 물리학상을 수상하였다.

중요성

한 마디로 말해 인류가 지금까지 이룩한 거의 모든 과학적 업적은 전자와 전자기력을 이용한 것이다. (핵무기나 핵발전소 등 원자핵을 이용한 것은 예외이다.)

전자는 양성자, 중성자와 더불어 원자의 주요 구성성분이다. 중성 원자에는 같은 수의 양성자와 전자가 있고 양성자가 전자보다 2000배 정도 무겁기 때문에 질량으로 보면 원자에서 전자가 차지하는 비중은 1/2000이 채 되지 않는다. 따라서 원자들이 모여 어떤 물질을 만들면 전자에 의한 질량은 무시할 수 있다. 그러나 한편으로 전자는 가볍기 때문에 이동이 비교적 자유롭다. 그래서 원자들 몇 개가 모여 분자를 구성할 수 있다. 이때 원자들의 결합에 중요한 역할을 하는 것이 전자이다. 언제 어떤 상황에서 어떻게 원자들이 결합하고 분리되는지는 양자역학으로 이해할 수 있는데 이것은 근본적으로 전자가 전하를 가지고 있어서 전자기적 상호작용을 하기 때문에 일어난다. 그림1은 수소 원자에서 양자역학적인 전자의 확률 분포를 나타낸다. 사람 자신을 포함하여 우리 주변에서 보는 대부분의 물질이 수많은 원자들이 모여 이루어져 있는데 이들을 결합시키는 역할을 하는 것이 바로 전자들의 전자기력이라는 말이다. 구체적으로 원자들이 어떻게 결합하는지, 분자의 성질이 어떤지를 연구하는 학문을 화학이라 한다.

또한 전기를 사용할 때 전류가 흐른다는 말을 하는데 이때 실제 도선 안에서 움직이는 것은 전자이다. 그런데 전자는 음(-)전하를 띠고 있으므로 전자가 움직이는 방향과 전류의 방향은 반대이다.

참고자료

• 〈전자〉, 《물리학백과》
• 〈전자〉, 《위키백과》

같이 보기

• 입자
• 음전하
• 양전하

이 전자 문서는 자연에 관한 글로서 검토가 필요합니다. 위키 문서는 누구든지 자유롭게 편집할 수 있습니다. [편집]을 눌러 문서 내용을 검토·수정해 주세요.

일반 : 자연 □■⊕, 생물, 동물, 식물, 정치, 군사, 경제, 사회, 교육, 문화, 예술, 스포츠, 역사, 역사인물, 인간, 인체, 건강, 정신, 성격, 행동, 언어, 수학, 위키 도움말 우주 1차원 • 2차원 • 3차원 • 4차원 • 5차원 • 11차원 • 공전 • 광년 • 광속 • 금성 • 다중우주 • 달 • 목성 • 별 • 보이드 • 블랙홀 • 빅뱅 • 빛 • 세계 • 세상 • 소행성 • 수성 • 안드로메다 은하 • 암흑물질 • 암흑에너지 • 우주 • 우주배경복사 • 위성 • 은하 • 은하계 • 은하단 • 자전 • 중력파 • 중성자별 • 지구 • 지축 • 진공 • 진공에너지 • 차원 • 천문 • 천문학 • 천왕성 • 천체 • 초신성 • 초은하단 • 카오스 • 코스모스 • 태양 • 태양계 • 테라포밍 • 토성 • 펄사 • 편광 • 평행우주 • 항성 • 해왕성 • 행성 • 혜성 • 화성 • 흑점 물리 가속도 • 관성 • 구심력 • 나노 • 대상 • 막 • 물리 • 물리량 • 물리학 • 물체 • 반응 • 반작용 • 법칙 • 벡터 • 보손 • 상호작용 • 생성 • 소멸 • 속도 • 수직항력 • 스칼라 • 스핀 • 양자 • 양자역학 • 엔트로피 • 역학 • 운동 • 원심력 • 위치 • 유속 • 유체 • 이동 • 일 • 작용 • 정지 • 존재 • 중력 • 중첩 • 초끈 • 초끈이론 • 파동 • 페르미온 • 현상 • 힘 물질 가스 • 개체 • 고체 • 기체 • 기화 • 농도 • 대상 • 무기물 • 물질 • 밀도 • 반물질 • 부피 • 분자 • 사물 • 상태 • 속성 • 수분 • 습기 • 습도 • 승화 • 압력 • 액체 • 액화 • 온도 • 용융 • 용해 • 원자 • 유기물 • 응고 • 입자 • 전자 • 점도 • 점성 • 증발 • 질량 • 플라즈마 • 플로케 • 함량 • 혼합물 자연 가뭄 • 가을 • 강 • 강수 • 강우 • 건기 • 겨울 • 계절 • 고기압 • 공기 • 구름 • 그림자 • 기압 • 기온 • 기후 • 날씨 • 낮 • 눈 • 대기 • 대기권 • 더위 • 돌 • 땅 • 모래 • 무지개 • 물 • 물결 • 밀물 • 바다 • 바람 • 바위 • 밤 • 번개 • 봄 • 불 • 비 • 빗물 • 사막 • 산 • 새벽 • 서리 • 소나기 • 소리 • 썰물 • 아침 • 안개 • 암석 • 어둠 • 얼음 • 여름 • 우기 • 우박 • 월식 • 일식 • 자갈 • 자연 • 자연계 • 자연환경 • 장마 • 저기압 • 저녁 • 점심 • 조류 • 조수 • 지진 • 천둥 • 추위 • 태풍 • 토양 • 파도 • 폭우 • 폭풍 • 하늘 • 해 • 햇빛 • 홍수 • 흙 시간 과거 • 광속 • 그제(그저께) • 글피 • 날 • 내년 • 내일 • 내후년 • 년 • 뉴턴역학 • 다음달 • 달 • 달력 • 때 • 모래시계 • 모레 • 물시계 • 미래 • 분 • 불시계 • 빅뱅 • 상대성이론 • 생체시계 • 세기 • 세슘 • 세월 • 손목시계 • 스마트워치 • 시 • 시각 • 시간 • 시간여행 • 시계 • 시공간 • 시기 • 시절 • 시점 • 아침 • 야간 • 어제 • 엊그제 • 엔트로피 • 연간 • 오늘 • 올해(금년) • 요일 • 원자시계 • 월 • 월간 • 월말 • 월중 • 월초 • 이번달 • 일 • 일간 • 작년 • 재작년 • 저녁 • 점심 • 주 • 주간 (1주일) • 주간 (낮) • 주말 • 주중 • 주초 • 지금 • 지난달 • 진자시계 • 초 • 해 • 해시계 • 핵시계 • 현재 공간 가로 • 거기 • 거리 • 곡선 • 공간 • 구 • 그곳 • 길이 • 깊이 • 남동 • 남북 • 남서 • 남쪽 • 넓이 • 높이 • 동그라미 • 동남 • 동북 • 동서 • 동서남북 • 동쪽 • 뒤 • 뒷쪽 • 면 • 면적 • 무게 • 반시계방향 • 방향 • 부피 • 북동 • 북서 • 북쪽 • 사방 • 사선 • 상하 • 서남 • 서북 • 서쪽 • 선 • 세로 • 수직 • 수평 • 시계방향 • 쌍곡선 • 아래 • 아래쪽 • 아랫면 • 앞 • 앞쪽 • 여기 • 여기저기 • 옆 • 옆면 • 옆쪽 • 오른쪽(우측) • 왼쪽(좌측) • 원 • 위 • 윗면 • 위쪽 • 이곳 • 이곳저곳 • 입체 • 저곳 • 저기 • 전후 • 점 • 좌우 • 좌우측 • 좌표 • 중간 • 중심 • 중앙 • 직선 • 쪽 • 크기 • 타원 • 팔방 • 평면 • 포물선 위키 : 자동차, 교통, 지역, 지도, 산업, 기업, 단체, 업무, 생활, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반

산업 : 산업, 산업혁명, 기술, 제조, 기계, 전자제품, 정보통신, 반도체, 화학, 바이오, 건설, 유통, 서비스, 에너지, 전기 □■⊕, 소재, 원소, 환경, 직업, 화폐, 금융, 금융사, 부동산, 부동산 거래, 부동산 정책, 아파트, 건물, 토지 전기 110V • 220V • 3상 • kW • kWh • 가변 전압 가변 주파수 제어 • 감전 • 강압 • 고전압 • 과부하 • 과전류 • 과전압 • 과충전 • 광자 • 교류(AC) • 극 • 기전력 • 나침반 • 누전 • 다이노드 • 다이오드 • 단락 • 단상 • 단자 • 단전 • 도선 • 도전율 • 도통 • 레독스 • 마찰전기 • 맥스웰 방정식 • 발전 • 발전기 • 방전 • 배전 • 번개 • 변압 • 변압기 • 변전 • 병렬 • 복합전극 • 볼트(V) • 부하 • 분산전원 • 비상전원 • 비저항 • 산화 • 산화반응 • 산화수 • 산화환원 • 산화환원반응 • 상용전원 • 소자 • 송전 • 송전선 • 송전탑 • 스파크 • 승압 • 승압기 • 암페어(A) • 애노드 • 양 • 양공 • 양극 • 양극단자 • 양극도선 • 양성자 • 양이온 • 양전기 • 양전자 • 양전하 • 영구자석 • 예비전원 • 옴(Ω) • 옴의 법칙 • 와트(W) • 와트시(Wh) • 원자 • 원자량 • 원자핵 • 웨버 • 유전상수 • 유전율 • 유전체 • 음 • 음극 • 음극단자 • 음극도선 • 음양 • 음이온 • 음전기 • 음전하 • 이온 • 이온전도 • 이온전도도 • 이온화 • 인력 • 자기 • 자기력 • 자기장 • 자석 • 자성 • 자속 • 자유전자 • 장 • 저전압 • 저항 • 저항기 • 전구 • 전극 • 전기 • 전기공학 • 전기력 • 전기분해 • 전기장 • 전기장치 • 전기저항 • 전기전도 • 전기전도도 • 전기회로 • 전도성 • 전도율 • 전도체 • 전동 • 전동화 • 전력 • 전력밀도 • 전류 • 전비 • 전선 • 전압 • 전원 • 전위 • 전위차 • 전자 • 전자계 • 전자기 • 전자기력 • 전자기장 • 전자기파 • 전자기학 • 전자석 • 전자파 • 전자회로 • 전하 • 전하량 • 절연 • 절전 • 점전하 • 정격전류 • 정격전압 • 정격출력 • 정전 • 정전기 • 주파수 • 중성미자 • 중성자 • 직렬 • 직류(DC) • 척력 • 초전도 • 초전도자석 • 초전도체 • 축전 • 출력 • 충방전 • 충전 • 캐소드 • 쿨롱 • 쿨롱의 법칙 • 킬로와트(kW) • 킬로와트시(kWh) • 탈이온화 • 터미널 • 테슬라 • 특고압 • 패러데이 법칙 • 하전 • 핵력 • 핵자 • 헤르츠(㎐) • 환원 • 환원반응 위키 : 자동차, 교통, 지역, 지도, 산업, 기업, 단체, 업무, 생활, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반