電子學（1）：課後學習講義詳解（教師本）

電子是一種帶有負電的次原子粒子，通常標記為 e − {\displaystyle e^{-}\,\!} 。電子是第一代輕子，以重力、電磁力和弱核力與其它粒子交互作用。輕子是構成物質的基本粒子之一，無法被分解為更小的粒子。電子帶有1/2自旋，是一種費米子，根據包立不相容原理，任何兩個電子都不能處於同樣的量子態。電子的反粒子是正子，其質量、自旋、帶電量大小都與電子相同，但是電量正負性與電子相反。電子與正子會因碰撞而互相湮滅，並在這過程中，生成一對以上的光子。

由電子與中子、質子所組成的原子，是物質的基本單位。相對於中子和質子所組成的原子核，電子的質量顯得極小。質子的質量大約是電子質量的1836倍。當原子的電子數與質子數不等時，則該原子會帶電；稱該帶電原子為離子。帶正電的離子叫陽離子，其電子數小於質子數；帶負電的離子叫陰離子，其電子數大於質子數。若物體的電子數不等於質子數，導致正負電量不平衡時，則稱該物體帶靜電。當正負電量平衡時，稱物體的電性為電中性。靜電在日常生活中有很多用途，例如，靜電油漆系統能夠將瓷漆或聚氨酯漆，均勻地噴灑於物品表面。

電子與質子之間的庫侖力能促使電子被束縛於原子內部，因此為束縛電子。兩個以上的原子，會交換或分享它們的束縛電子，這是化學鍵的主要成因。當電子不再被束縛於原子內部，而能夠自由移動於原子以外的空間時，則稱此電子為自由電子。多個自由電子共同移動所產生的淨流動現象稱為電流。在許多物理現象裏，像電傳導、磁性或熱傳導，電子都扮演了重要角色。移動的電子會產生磁場，也會被外磁場偏轉。呈加速度運動的電子會產生電磁輻射。

根據大霹靂理論，宇宙現存的電子大部份都是生成於大霹靂事件。但也有一小部份是因為放射性物質的β衰變或高能量碰撞而生成的。例如，當宇宙線進入大氣層時遇到的碰撞。在另一方面，許多電子會因為與正子相碰撞而互相湮滅，或者，會在恆星內部製造新原子核的恆星核合成過程中被吸收。

在實驗室裏，像四極離子阱一類的精密尖端儀器，可以長時間束縛電子，以供觀察和測量。大型托卡馬克設施，像國際熱核融合實驗反應爐，利用磁場來約束住高熱電漿中的電子和離子，藉以實現受控核融合。無線電望遠鏡可以用來偵測外太空的電子電漿。

電子被廣泛應用於電子束焊接、陰極射線管、電子顯微鏡、放射線治療、雷射和粒子加速器等領域。
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