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, 생활, 위키 도움말 우주 1차원 • 2차원 • 3차원 • 4차원 • 5차원 • 11차원 • 공전 • 광년 • 광속 • 금성 • 다중우주 • 달 • 목성 • 별 • 블랙홀 • 빅뱅 • 빛 • 세계 • 세상 • 소행성 • 수성 • 안드로메다 은하 • 우주 • 우주배경복사 • 위성 • 은하 • 은하계 • 자전 • 지구 • 지축 • 차원 • 천문 • 천문학 • 천왕성 • 천체 • 카오스 • 코스모스 • 태양 • 태양계 • 테라포밍 • 토성 • 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 • 진공 • 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 • 태양 • 태풍 • 토양 • 파도 • 폭우 • 폭풍 • 하늘 • 해 • 햇빛 • 홍수 • 흙 시간 과거 • 광속 • 날 • 년 • 뉴턴역학 • 달 • 달력 • 때 • 모래시계 • 물시계 • 미래 • 분 • 불시계 • 빅뱅 • 상대성이론 • 생체시계 • 세기 • 세슘 • 세월 • 손목시계 • 스마트워치 • 시 • 시각 • 시간 • 시간여행 • 시계 • 시공간 • 시기 • 시절 • 시점 • 엔트로피 • 연간 • 요일 • 원자시계 • 월 • 월간 • 일 • 일간 • 주 • 주간 • 진자시계 • 초 • 해 • 해시계 • 핵시계 • 현재 공간 가로 • 거리 • 곡선 • 공간 • 구 • 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 • 옆 • 옆면 • 옆쪽 • 오른쪽 • 왼쪽 • 원 • 위 • 윗면 • 위쪽 • 입체 • 전후 • 점 • 좌우 • 좌표 • 중간 • 중심 • 중앙 • 직선 • 쪽 • 크기 • 타원 • 팔방 • 평면 • 포물선 위키 : 자동차, 교통, 지역, 산업, 기업, 단체, 업무, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반

산업 : 산업, 산업혁명, 기술, 제조, 기계, 전자제품, 건설, 유통, 서비스, 에너지 □■⊕, 소재, 원소, 환경, 직업, 금융, 금융사 에너지 SMR • 가속운동 • 가시광선 • 가열 • 각속도 • 감마선 • 감속운동 • 강력 • 고압 • 고온 • 고전역학 • 관성력 • 관성모멘트 • 광선 • 광속 • 광전자 • 광전효과 • 광합성 • 기압 • 냉각 • 냉방 • 뉴턴 • 대류 • 대체에너지 • 동력 • 동력원 • 라디오파 • 마이크로파 • 마찰 • 마찰계수 • 마찰력 • 마찰에너지 • 만유인력 • 만유인력의 법칙 • 무중력 • 물리에너지 • 바이오에너지 • 발열 • 발화 • 방사선 • 방열 • 베타선 • 복사 • 복사선 • 복사에너지 • 부력 • 불 • 블루에너지 • 빛 • 빛에너지 • 삼투압 • 생물에너지 • 석유에너지 • 석탄에너지 • 섭씨 • 소리에너지 • 소수력 • 속력 • 수력 • 수력에너지 • 수소에너지 • 수압 • 수열 • 수열에너지 • 수직항력 • 신생에너지 • 신에너지 • 신재생 • 신재생에너지 • 알짜힘(합력) • 알파선 • 압력 • 압축응력 • 약력 • 양극선 • 양자역학 • 에너지 • 에너지밀도 • 에너지보존법칙 • 에너지원 • 에너지 효율 • 엑스선 • 엔트로피 • 역반응 • 역파장 • 역학적 에너지(기계에너지) • 열 • 열대류 • 열량 • 열복사 • 열분해 • 열에너지 • 열역학 • 열전도 • 열전도도 • 열전도율 • 열팽창 • 열팽창계수 • 열효율 • 온도 • 왕복에너지 • 왕복운동 • 운동에너지 • 원운동 • 원자력 • 원자력에너지 • 위치에너지 • 음극선 • 응력 • 인공태양 • 인장응력 • 인화 • 입자선 • 자외선 • 자유낙하 • 작용 • 재가열 • 재생에너지 • 저온 • 저압 • 적외선 • 전기에너지 • 전도 • 전자기력 • 절대온도 • 정반응 • 정지에너지 • 조력 • 조력에너지 • 조류에너지 • 줄 • 줄의 법칙 • 중력 • 중력에너지 • 지열 • 지열에너지 • 직사광선 • 직선운동 • 진동 • 진동에너지 • 진자 • 진자운동 • 천연에너지 • 청정에너지 • 친환경에너지 • 칼로리 • 탄성 • 탄성에너지 • 태양 • 태양광 • 태양광에너지 • 태양에너지 • 태양열 • 태양열에너지 • 텐서 • 파동 • 파력 • 파력에너지 • 파워 • 파장 • 폐기물에너지 • 폭발 • 풍력 • 풍력에너지 • 풍압 • 항력(드래그포스) • 해양에너지 • 핵반응 • 핵분열 • 핵분열에너지 • 핵붕괴 • 핵에너지 • 핵융합 • 핵융합에너지 • 화력 • 화씨 • 화학 • 화학에너지 • 회전 • 회전수 • 회전에너지 • 회전운동 • 흡열 • 힘 발전 교류발전기 • 마이크로 수력발전 • 물레방아 • 박테리아 발전소 • 발전 • 발전기 • 발전소 • 변전소 • 비상발전기 • 소수력발전 • 소수력발전소 • 소형모듈원전(SMR) • 송전선 • 송전탑 • 수력발전 • 수력발전소 • 원자력발전 • 원자력발전소 • 조력발전 • 조력발전소 • 조류발전 • 조류발전소 • 지열난방 • 지열발전 • 지열발전소 • 직류발전기 • 태양광발전 • 태양광발전소 • 태양광패널 • 태양열발전 • 태양열발전소 • 파력발전 • 파력발전소 • 풍력발전 • 풍력발전소 • 풍차 • 해양 온도차 발전 • 핵융합발전 • 핵융합발전소 • 화력발전 • 화력발전소 • 회전축 전기 110V • 220V • 3상 • kW • kWh • 감전 • 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 • 방전 • 배전 • 번개 • 변압 • 변압기 • 병렬 • 복합전극 • 볼트(V) • 부하 • 분산전원 • 비상전원 • 비저항 • 산화 • 산화반응 • 산화수 • 산화환원 • 산화환원반응 • 상용전원 • 소자 • 송전 • 스파크 • 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 • 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 • 핵 • 핵력 • 핵자 • 헤르츠(㎐) • 환원 • 환원반응 연료 CNG • LNG • LPG • 가스 • 가스충전소 • 가연성 • 갈탄 • 개질수소 • 경유(디젤) • 경질유 • 고급휘발유 • 고압가스 • 고체연료 • 그레이수소 • 그린수소 • 기체연료 • 나무 • 난방연료 • 두바이유 • 등유 • 땔감 • 면세유 • 무연탄 • 무연휘발유 • 바이오 • 바이오가스 • 바이오디젤 • 바이오매스 • 바이오에탄올 • 바이오연료 • 방사성물질 • 배기가스 • 배출가스 • 번개탄 • 부생수소 • 분별증류 • 뷰테인(부탄) • 브라운수소 • 브렌트유 • 블루수소 • 석유 • 석유화학 • 석탄 • 셰일가스 • 셰일오일 • 수소 • 수소연료 • 수소전기 • 순도 • 숯(목탄) • 압축가스 • 액체연료 • 액화가스 • 연료 • 연료첨가제 • 연비 • 연소 • 연탄 • 오일샌드 • 오일셰일 • 옥탄가 • 용해가스 • 원유 • 유사경유 • 유연탄 • 유연휘발유 • 윤활유 • 일반휘발유 • 장작 • 점화 • 정유 • 정제 • 조개탄 • 주입 • 중유 • 중질유(中質油) • 중질유(重質油) • 증류 • 질소산화물 • 천연가스 • 천연자원 • 친환경연료 • 코크스 • 타르 • 텍사스유 • 프로페인(프로판) • 합성경유 • 핵연료 • 혼유 • 혼합가스 • 혼합기체 • 혼합연료 • 화석연료 • 화재 • 휘발유(가솔린) 위키 : 자동차, 교통, 지역, 산업, 기업, 단체, 업무, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반

산업 : 산업, 산업혁명 □■⊕, 기술, 제조, 기계, 전자제품, 건설, 유통, 서비스, 에너지, 소재, 원소, 환경, 직업, 금융, 금융사 산업혁명 개량 • 개방 • 개선 • 개혁 • 교체 • 기술개발 • 기술발전 • 기술진보 • 기술혁명 • 대체 • 대체불가 • 발견 • 발명 • 발전 • 변모 • 변혁 • 변화 • 분업 • 분업화 • 산업 • 산업발전 • 산업혁명 • 산업화 • 융합 • 전파 • 정보혁명 • 진보 • 창의 • 창조 • 혁명 • 혁신 • 확대 • 확산 1차 산업혁명 (증기기관, 기계, 공장) 경공업 • 공업 • 공업화 • 공장 • 기계 • 기계업 • 기계화 • 러다이트 운동 • 면직물 • 방적기 • 방직기 • 석유 • 석탄 • 섬유 • 섬유업 • 수공업 • 원유 • 정유업 • 제강업 • 제조 • 제조업 • 제철업 • 중공업 • 증기기관 • 철강 • 철강업 • 화학공업 2차 산업혁명 (전기, 전자) 가전제품 • 내연기관 • 냉장고 • 대량생산 • 라디오 • 모터 • 발전 • 발전기 • 발전소 • 선풍기 • 세탁기 • 에어컨 • 오디오 • 원자 • 음향기기 • 전구 • 전기 • 전기공학 • 전기밥솥 • 전기전자 • 전기전자제품 • 전기제품 • 전등 • 전력 • 전력업 • 전류 • 전선 • 전자 • 전자계산기 • 전자공학 • 전자제품 • 전축 • 전화 • 전화기 • 조명기기 • 철도 • 축음기 • 카세트 • 텔레비전 3차 산업혁명 (컴퓨터, 인터넷) ICT • IT • PC • SNS • 개발자 • 검색 • 구글 • 네이버 • 네트워크 • 노트북 • 데스크탑 • 데이터 • 디지털 • 디지털화 • 마이크로소프트 • 메신저 • 모니터 • 모바일 • 모바일기기 • 반도체 • 서버 • 소프트웨어 • 슈퍼컴퓨터 • 스마트폰 • 아날로그 • 아마존 • 애플 • 야후 • ㈜엔씨소프트 • 와이파이 • 웹 • 웹브라우저 • 웹사이트 • 유튜브 • 이메일 • 인터넷 • 인터넷게임 • 인터넷뱅킹 • 인터넷쇼핑 • 전산 • 전산실 • 전산화 • 정보 • 정보격차 • 정보기술 • 정보사회 • 정보통신 • 정보통신기술 • 정보화 • 진공관 • 카카오 • 컴퓨터 • 코딩 • 통신 • 페이스북 • 포털 • 프로그래머 • 프로그래밍 • 프로그램 • 프린터 • 하드웨어 • 홈페이지 • 휴대폰 4차 산업혁명 (인공지능, 모빌리티) 3D 프린팅 • 4차 산업혁명 • 5G • 가상현실 • 드론 • 로봇 • 로봇 프로세스 자동화(RPA) • 메타버스 • 모빌리티 • 배터리 • 블록체인 • 빅데이터 • 사물배터리 • 사물인터넷 • 생체인식기술 • 수소경제 • 스마트공장(스마트팩토리) • 스마트시티 • 스마트팜 • 스마트 헬스케어 • 스마트홈 • 양자컴퓨터 • 엣지컴퓨팅 • 인공지능 • 인공지능 로봇 • 자율주행 • 자율주행 자동차 • 전기자동차 • 증강현실 • 클라우드 • 테슬라 • 푸드테크 • 핀테크 • 하이퍼루프 • 혼합현실 주요 인물 니콜라 테슬라 • 데니스 리치 • 래리 페이지 • 리누스 토르발스 • 마이클 패러데이 • 마크 저커버그 • 빌 게이츠 • 세르게이 브린 • 스티브 잡스 • 앤드루 카네기 • 일론 머스크 • 제임스 클러크 맥스웰 • 제임스 와트 • 제프 베조스 • 존 데이비슨 록펠러 • 콜린 클라크 • 토머스 에디슨 • 팀 버너스-리 기관 • 단체 • 전략 국가기반시설 디지털화(SOC 디지털화) • 국회 4차산업혁명포럼 • 그린 뉴딜 • 디지털 뉴딜 • 디지털 인프라 • 비대면 산업 • 세계4차산업혁명협의회 • 한국판 뉴딜 위키 : 자동차, 교통, 지역, 산업, 기업, 단체, 업무, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반