แวเลนซ์อิเล็กตรอน คืออะไร?
เวเลนซ์อิเล็กตรอน
เวเลนซ์อิเล็กตรอน () คือ อิเล็กตรอนในอะตอมที่สามารถมีส่วนร่วมในการสร้างพันธะเคมี สำหรับธาตุหมู่หลัก เวเลนซ์อิเล็กตรอนจะเป็นอิเล็กตรอนในวงนอกสุด (outermost shall) เท่านั้น ส่วนโลหะแทรนซิชัน เวเลนซ์อิเล็กตรอนสามารถเป็นอิเล็กตรอนในวงใน (inner shell) ได้
อะตอม
อิเล็กตรอนที่ถูกดึงดูดอยู่ภายในอะตอมหนึ่ง ๆ จะมีพลังงานศักย์ซึ่งแปรผกผันกับระยะห่างของมันจากนิวเคลียส ค่านี้วัดได้จากขนาดของพลังงานที่จำเป็นต้องใช้เพื่อให้อิเล็กตรอนนั้นหลุดออกจากอะตอม โดยปกติใช้หน่วยวัดเป็น อิเล็กตรอนโวลต์ (eV) ในแบบจำลองกลศาสตร์ควอนตัม อิเล็กตรอนที่มีพันธะจะสามารถครอบครองสถานะจำนวนหนึ่งรอบนิวเคลียส แต่ละสถานะนั้นสอดคล้องกับระดับพลังงานที่เฉพาะเจาะจง ระดับพลังงานที่ต่ำที่สุดของอิเล็กตรอนเรียกว่า สภาวะพื้น (ground state) ส่วนอิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานที่สูงกว่าจะเรียกว่าอยู่ในสภาวะกระตุ้น (excited state)
โครงแบบอิเล็กตรอน
เพิ่มเติม ออร์บิทัลเหล่านี้ เมื่อดูจากตารางธาตุ จะพบว่าธาตุในตารางธาตุมีการจัดเรียงเวเลนซ์อิเล็กตรอนตามออร์บิทัลด้วย
โดยธาตุ 2 หมู่ซ้ายสุด จะอยู่ในออร์บิทัล s หมู่ IIIA - VIIIA จะอยู่ในออร์บิทัล p ธาตุแทรนซิชันชั้นในทั้งหมดอยู่ในออร์บิทัล d
และอนุกรมแลนทาไนด์-แอกทิไนด์ อยู่ในออร์บิทัล f
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
วิลเลียม ไฮด์ วูลลาสตัน
ในปี ค.ศ. 1800 วูลลาสตันทำธุรกิจเคมีภัณฑ์กับสมิธสัน เทนแนนต์และคิดค้นวิธีผลิตแพลตินัมแท่งจากสินแร่ ทำให้เขามีฐานะร่ำรวยและผูกขาดการผลิตแพลตินัมแท่งในอังกฤษนานกว่า 20 ปี การศึกษาธาตุแพลตินัมทำให้วูลลาสตันค้นพบธาตุแพลเลเดียมในปี ค.ศ. 1802 และธาตุโรเดียมในปี ค.ศ. 1804 นอกจากนี้วูลลาสตันยังมีผลงานด้านอื่น ๆ เช่น ค้นพบการเหนี่ยวนำไฟฟ้าก่อนไมเคิล ฟาราเดย์ 10 ปี, การศึกษาเส้นทึบในเส้นฟรอนโฮเฟอร์, ประดิษฐ์อุปกรณ์ที่เรียกว่า camera lucida ปริซึมวูลลาสตันและไครโอฟอรัส เป็นต้น
วิลเฮ็ล์ม วีน
วิลเฮ็ล์ม คาร์ล แวร์เนอร์ อ็อทโท ฟริทซ์ ฟรันทซ์ วีน (; 13 มกราคม พ.ศ. 2407 – 30 สิงหาคม พ.ศ. 2471) เป็นนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี พ.ศ. 2454 เขาเป็นผู้รวมทฤษฎีความร้อนและการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเข้าด้วยกัน ได้เป็นกฎการกระจัดของวีน ซึ่งว่า ความยาวคลื่นของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าแปรผกผันกับอุณหภูมิ
ไฟฟ้า
วันนี้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่จะใช้ชิ้นส่วน[[สารกึ่งตัวนำ]]เพื่อการควบคุมอิเล็กตรอน การศึกษาอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำและเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องได้รับการพิจารณาว่าเป็นสาขาหนึ่งของ[[ฟิสิกส์สถานะของแข็ง]] ในขณะที่การออกแบบและสร้าง[[วงจรอิเล็กทรอนิกส์]]ในการแก้ปัญหาที่เกิดตอนปฏิบัติจะมาภายใต้[[วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์]]
อิเล็กตรอน
ระหว่างปี 1838 และปี 1851, นักปรัชญาธรรมชาติชาวอังกฤษนามว่า ริชาร์ด เลมมิ่ง (Richard Laming) ได้พัฒนาแนวความคิดที่ว่าอะตอมประกอบไปด้วยแกนกลางของสสารที่ล้อมรอบไปด้วยหน่วยของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า จากนั้นต่อมา เริ่มต้นในปี 1846 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ วิลเลียม เวเบอร์ (William Weber) ได้นำเสนอทฤษฎีของไฟฟ้าที่ประกอบไปด้วยของเหลวที่มีประจุบวกและประจุลบและการมีปฏิสัมพันธ์กันของประจุทั้งสองนี้ถูกควบคุมโดยกฏกำลังสองผกผัน (inverse square law) หลังจากที่ได้ศึกษาปรากฏการณ์ของอิเล็กโทรลิซิส (electrolysis) ในปี 1874 นักฟิสิกส์ชาวไอริชชื่อ จอร์จ จอห์นสโตน สโตนี (George Johnstone Stoney) ได้เสนอแนะบอกว่า มีตัวตนของ "ปริมาณที่แน่นอนของกระแสไฟฟ้าแบบเดี่ยว ๆ" ที่เป็นประจุไฟฟ้าของโมโนเวเลนซ์ ไอออน (monovalent ion) ดำรงตัวอยู่ เขาสามารถที่จะประมาณค่าของประจุ e นี้ในเบื้องต้นได้โดยวิธีการของกฎอิเล็กโทรลิซิสของฟาราเดย์ (Faraday's laws of electrolysis)
เลเซอร์
ในมุมมองแบบฟิสิกส์คลาสสิก, พลังงานของอิเล็กตรอนที่โคจรรอบนิวเคลียสมีขนาดใหญ่สำหรับวงโคจรที่ห่างจากนิวเคลียสของอะตอม อย่างไรก็ตาม, ผลลัพธ์ทางกลศาสตร์ควอนตัมบังคับให้อิเล็กตรอนอยู่ในตำแหน่งที่ทำให้เกิดความไม่ต่อเนื่องในวงโคจร ดังนั้นอิเล็กตรอนจะถูกพบว่าอยู่ในระดับพลังงานที่เฉพาะเจาะจงของอะตอมสองแห่งดังที่แสดงอยู่ด้านล่าง:
ไดโอด
LED เป็นไดโอดที่ใช้สารประเภทแกลเลี่ยมอาร์เซ็นไนต์ฟอสไฟต์ (Gallium Arsenide Phosphide ; GaAsP) หรือสารแกลเลี่ยมฟอสไฟต์ (Gallium Phosphide ; GaP) มาทำเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด p และ n แทนสาร Si และ Ge สารเหล่านี้มีคุณลักษณะพิเศษ คือ สามารถเรืองแสงได้เมื่อได้รับไบอัสตรง การเกิดแสงที่ตัว LED นี้เราเรียกว่า อิเล็กโทรลูมินิเซนต์ (Electroluminescence) ปัจจุบันนิยมใช้ LED แสดงผลในเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องคิดเลข, นาฬิกา เป็นต้น
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
ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก
ในปี 1887 เฮิร์ตซ์พบว่าเมื่อฉายแสงอัลตราไวโอเล็ตไปยังขั้วไฟฟ้าซึ่งอยู่ในวงจร จะมีประจุไฟฟ้าหลุดออกมา ต่อมาฮอลล์วอชส์ (Wilhelm Hallwachs) พบว่าเมื่อมีแสงหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงตกกระทบผิวโลหะ จะมีอิเล็กตรอนหลุดออกจากผิวโลหะนั้น ปรากฏการณ์เช่นนี้เรียกว่า ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (photoelectric effect) และเรียกอิเล็กตรอนที่หลุดออกจากผิวโลหะที่ถูกแสงว่าโฟโตอิเล็กตรอน (photoelectron)
ตัวคูณลอเรนซ์
ตัวคูณลอเรนซ์ (Lorentz factor) เป็นตัวคูณที่ใช้ในการแปลงคำตอบจากการแปลงแบบกาลิเลียนในกรณีที่ความเร็วสูงมาก ๆ ให้อยู่ในขอบเขตของสัจพจน์ของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ในทฤษฎีสัมพัทธภาพ ซึ่งมีสมการดังนี้
เคลวิน
เคลวิน เป็นหน่วยของหน่วยวัดอุณหภูมิหนึ่ง ที่ลอร์เควิน ได้พัฒนาคิดสเกลขึ้นใหม่ โดยหาความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและความเร็วของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่รอบนิวเคลียส โดยสังเกตว่าถ้าให้ความร้อนกับสสารมากขึ้น อิเล็กตรอนจะมีพลังงานมากขึ้น ทำให้เคลื่อนที่มีความเร็วมากขึ้น ในทางกลับกันถ้าลดความร้อนให้กับสสาร อิเล็กตรอนก็จะมีพลังงานน้อยลง ทำให้การเคลื่อนที่ลดลง และถ้าสามารถลดอุณหภูมิลงจนถึงจุดที่อิเล็กตรอนหยุดการเคลื่อนที่ ณ จุดนั้น จะไม่มีอุณหภูมิหรือพลังงานในสสารเลย และจะไม่มีการแผ่รังสีความร้อนจากวัตถุ จึงเรียกอุณหภูมิ ณ จุดนี้ว่า ศูนย์สัมบูรณ์ (0 K)
เปลือกอิเล็กตรอน
จำนวนอิเล็กตรอนที่อยู่ในเปลือกพลังงานด้านนอกไม่เต็มจำนวนนี้ เป็นตัวบ่งบอกถึงคุณสมบัติเคมีของอะตอม เรียกชื่อว่า "valence shell"
ความหนาแน่นกระแสสี่มิติ
เวกเตอร์ความหนาแน่นกระแสสี่มิติ formula_1 () ในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทั่วไป คือเวอร์ชันซึ่งเป็นลอเรนซ์โคแวเรียนต์ (Lorentz covariant) ของเวกเตอร์ความหนาแน่นกระแสแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic current density) formula_2
กระแสเอ็ดดี้
อีกวิธีหนึ่งที่จะเข้าใจในกระแสก็คือการที่จะเห็นว่า พาหะของประจุไฟฟ้า อิสระ (อิเล็กตรอน) ในแผ่นโลหะกำลังจะย้ายไปทางขวา ดังนั้นสนามแม่เหล็กจะออกแรงด้านข้างกับอิเล็กตรอนเนื่องจาก แรงลอเรนซ์ เนื่องจากความเร็ว v ของประจุไปทางขวาและสนามแม่เหล็ก B ชี้ลงด้านล่าง จาก กฎมือข้างขวา แรงลอเรนซ์บนประจุบวก F = "Q"(v × B) ไปทางด้านหลัง นี้ทำให้เกิดกระแส "I" ไปทางด้านหลังใต้แม่เหล็กซึ่งเป็นวงรอบผ่านส่วนของแผ่นนอกสนามแม่เหล็ก ตามเข็มนาฬิกาไปทางขวาและทวนเข็มนาฬิกาไปทางซ้าย ไปด้านหน้าของแม่เหล็กอีกครั้ง พาหะของประจุไฟฟ้า ที่เคลื่อนที่ได้ในแผ่นโลหะ, อิเล็กตรอน, จริง ๆ แล้วมีประจุลบ ("q" < 0) ดังนั้นการเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอนจะไปในทิศทางตรงข้ามกับ กระแสตามความธรรมเนียมปฏิบัติ () ตามที่แสดง
เนื่องจาก กฎวงจรของแอมแปร์ แต่ละกระแสรูปวงกลมเหล่านี้จะสร้างสนามแม่เหล็กที่มีทิศทางตรงกันข้าม ("blue arrows") ซึ่งเนื่องจาก กฎของเลนซ์ สนามนี้จะต่อต้านการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กที่สร้างมันขึ้นมา เป็นการสร้างแรงหน่วงขึ้นบนแผ่น. ที่ขอบนำของแม่เหล็ก "(ด้านซ้าย)" กระแสทวนเข็มนาฬิกาจะสร้างสนามแม่เหล็กที่ชี้ขึ้นข้างบนโดย กฎมือขวา ต้านกับสนามของแม่เหล็ก ก่อให้เกิดแรงผลักระหว่างแผ่นและขอบนำของแม่เหล็ก ในทางตรงกันข้าม ที่ขอบท้าย "(ด้านขวา)", กระแสตามเข็มนาฬิกาจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่ชี้ลงข้างล่างในทิศทางเดียวกับสนามของแม่เหล็ก ช่วยสร้างแรงดึงดูดระหว่างแผ่นและขอบท้ายของแม่เหล็ก ทั้งสองแรงเหล่านี้จะต่อต้านการเคลื่อนที่ของแผ่น แต่ พลังงานจลน์ ของแผ่นจะสามารถเอาชนะแรงหน่วงนี้ กระแสเอ็ดดี้ที่ไหลผ่าน ความต้านทาน ของโลหะทำให้เกิดความร้อน ดังนั้นแผ่นโลหะจะอุ่นขึ้นภายใต้แม่เหล็ก
เลเซอร์
เมื่ออิเล็กตรอนดูดซับพลังงานทั้งจากแสง (โฟตอน) หรือความร้อน (โฟนันส์) เข้าไว้ซึ่งเป็นอุบัติการณ์ทางควอนตัมของพลังงาน แต่มีการเปลี่ยนแปลงที่ได้รับอนุญาตเท่านั้นในระหว่างระดับพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องเช่น ระดับพลังงานสองระดับดังแสดงไว้ด้านบน นี่จะทำให้เกิดเส้นการปลดปล่อย (emission lines) และเส้นการดูดกลืน (absorption lines) ขึ้น
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 ()
แกรฟีน
แกรฟีนแตกต่างจากวัสดุสามมิติทั่วไป แกรฟีนที่แท้จริงเป็นสารกึ่งตัวนำแบบกึ่งโลหะหรือแบบช่องว่างเป็นศูนย์ การทำความเข้าใจโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของแกรฟีน เป็นจุดเริ่มต้นในการหาแถบโครงสร้างของแกรไฟท์ ในปี 1947 พีอาร์ วอลเลซ ได้รับรู้ว่าความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานกับโมเมนตัม (ความสัมพันธ์แบบกระจาย) เป็นเส้นตรง สำหรับ พลังงานต่ำ ใกล้มุมทั้งหกของ Brillouin โซนหกเหลี่ยมสองมิติ นำไปสู่มวลที่มีประสิทธิภาพเป็นศูนย์สำหรับอิเล็กตรอนและโฮล อิเล็กตรอนและโฮลใกล้จุดทั้งหกเหล่านี้ มีสองตัวที่ไม่เสมอกัน, ทำตัวเหมือนอนุภาคสัมพันธ์ ที่อธิบายได้โดยสมการ Dirac สำหรับ อนุภาค สปิน 1/2 ดังนั้น อิเล็กตรอนและโฮลจึงถูกเรียกว่า Dirac fermions และหกมุมของ Brillouin โซน จะถูกเรียกว่าจุด Dirac สมการที่อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างการกระจายตัวของอิเล็กตรอนเชิงเส้นคือ formula_1; เมื่อ ความเร็ว Fermi "v" ~ และ wavevector "k" จะวัดจากจุด Dirac (พลังงานเป็นศูนย์จะถูกเลือกที่นี่ให้ตรงกับจุด Dirac)
ผลการทดลองจากการวัดการขนส่งแสดงให้เห็นว่า กราฟีนมีความสามารถในการเคลื่อนย้าย อิเล็กตรอนที่สูงอย่างน่าทึ่งที่อุณหภูมิห้อง โดยมีค่าตามรายงาน มากกว่า นอกจากนี้ สัดส่วนของค่าการนำกระแสโดยการวัดจากการทดลองแสดงให้เห็นว่า ความสามารถในการเคลื่อนที่ สำหรับโฮลและอิเล็กตรอนเกือบจะเป็นค่าเดียวกัน การเคลื่อนที่เกือบจะเป็นอิสระจากอุณหภูมิ ระหว่าง 10K ถึง 100K ซึ่งหมายความว่า กลไกการ กระจัดกระจายที่โดดเด่นเป็นข้อบกพร่อง การกระจัดกระจายโดย acoustic phonons ของ กราฟีนเป็นตัวจำกัดความสามารถที่แท้จริงในการเคลื่อนที่ในอุณหภูมิห้อง ที่ ที่ความหนาแน่นของตัวขนส่งเท่ากับ ความต้านทานของแผ่นกราฟีนที่สอดคล้องกันจะเป็น ซึ่งน้อยกว่าความต้านทานของเงิน ที่เป็นสารให้ความต้านทานต่ำสุดเท่าที่รู้จักกันที่อุณหภูมิห้อง อย่างไรก็ตามสำหรับแกรฟีนบนพื้นผิว SiO การกระจัดกระจายของอิเล็กตรอน โดย phonons ของแสงของพื้นผิวเป็นผลขนาดใหญ่ที่อุณหภูมิห้องมากกว่าการกระจัดกระจายด้วย phonons ของตัวแกรฟีนเอง สิ่งนี้จำกัดการเคลื่อนที่ให้มีค่าอยู่ที่
อิเล็กทรอนิกส์กำลัง
ผลที่ได้ก็คือ กระแสลายน์ใช้ค่าที่ไม่ติดกันของ -ii, 0 และ ii state จะถูกเลือกเพื่อที่จะได้รูปแบบของคลื่นที่ต้องการออกมาทางเอ้าท์พุท การคัดเลือกนี้มีพื้นฐานของเทคนิคการมอดดูเลต, ซึ่งรวมถึง carrier-based PWM, การกำจัดฮาร์โมนิคที่คัดเลือกไว้และเทคนิคปริภูมิเวกเตอร์.
ไฟฟ้าสถิต
ประจุไฟฟ้าเป็นปริมาณทางไฟฟ้าปริมาณหนึ่งที่กำหนดขึ้นธรรมชาติ ของสสารจะประกอบด้วยหน่วยย่อยๆ  ที่มีลักษณะและ มีสมบัติเหมือนกันที่เรียกว่า อะตอม(atom)ภายในอะตอม จะประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน3ชนิดได้แก่  โปรตอน (proton)  นิวตรอน (neutron) และ อิเล็กตรอน (electron)โดยที่โปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวกกับนิวตรอนที่เป็นกลางทางไฟฟ้ารวมกันอยู่เป็นแกนกลางเรียกว่านิวเคลียส (nucleus) ส่วนอิเล็กตรอน มี ประจุ ไฟฟ้าลบ จะอยู่รอบๆนิวเคลียส
เลปตอน
เลปตอนที่มีประจุตัวแรกคือ อิเล็กตรอน ถูกตั้งทฤษฎีในกลางศตวรรษที่ 19 โดยนักวิทยาศาสตร์หลายคน และถูกค้นพบในปี 1897 โดย J. J. Thomson. เลปตอนตัวต่อมาที่ถูกค้นพบคือมิวออน โดย Carl D. Anderson ในปี 1936 ซึ่งในขณะนั้นถูกระบุว่าเป็นมีซอน การศึกษาต่อมาพบว่า มิวออนไม่มีคุณสมบัติของมีซอนอย่างที่คาดไว้ แต่ประพฤฒิตัวเหมือนอิเล็กตรอน เพียงแต่มีมวลมากกว่า ต้องใช้เวลาถึงปี 1947 เพื่อให้ได้หลักการของ "เลปตอน" ว่าเป็นครอบครัวหนึ่งของอนุภาคที่จะถูกนำเสนอ นิวทริโน และ อิเล็กตรอนนิวทริโน ถูกนำเสนอโดย Wolfgang Pauli ในปี 1930 เพื่ออธิบายลักษณะที่แน่นอนของ การสลายให้อนุภาคบีตา มันถูกสังเกตเห็นในการทดลองของ Cowan–Reines ที่ดำเนินการโดย Clyde Cowan และ Frederick Reines ในปี 1956. มิวออนนิวทริโน ถูกค้นพบในปี 1962 โดย Leon M. Lederman, Melvin Schwartz และ Jack Steinberger, และ เทา ถูกค้นพบระหว่างปี 1974 ถีงปี 1977 โดย Martin Lewis Perl และเพื่อนร่วมงานจาก Stanford Linear Accelerator Center และ Lawrence Berkeley National Laboratory. ขณะที่ เทานิวทริโน เพิ่งถูกประกาศการค้นพบ เมื่อ กรกฎาคม 2000 โดย DONUT collaboration จาก Fermilab
เวเลนซ์
ความสามารถในการรวมตัวหรือสัมพรรคภาพ (affinity) ของอะตอมสามารถพิจารณาได้จากจำนวนอะตอมไฮโดรเจนที่รวมตัวกับธาตุนั้นๆ ตัวอย่าง มีเทน (CH) อะตอมคาร์บอนมีเวเลนซ์เท่ากับ 4 แอมโมเนีย (NH) อะตอมไนโตรเจนมีเวเลนซ์เท่ากับ 3 น้ำ (HO) อะตอมออกซิเจนมีเวเลนซ์เท่ากับ 2 และในไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl) อะตอมคลอรีนจะมีเวเลนซ์เท่ากับ 1 ในขณะที่ฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์ (PCl) อะตอมฟอสฟอรัสมีเวเลนซ์เท่ากับ 5 เป็นต้น แผนภาพเวเลนซ์ (valence diagram) เป็นการแสดงการเชื่อมต่ออะตอมต่างๆโดยใช้เส้นเชื่อมระหว่าง 2 อะตอม (บางครั้งเรียกว่า "พันธะ") ตัวอย่างเวเลนซ์ของอะตอมต่างๆแสดงดังตาราง
มักซ์ บอร์น
ค.ศ. 1926 เขาได้ร่วมงานกับ โวล์ฟกัง เพาลี และ แวร์เนอร์ ไฮเซนแบร์ก เพื่อสร้างทฤษฎีควอนตัม และเขาก็ได้พิสูจน์ให้ไฮเซนแบร์ก เห็นว่าคณิตศาสตร์ที่ไฮเซนแบร์กใช้นั้น คือ สิ่งที่นักคณิตศาสตร์เรียกว่า เมทริกซ์ (matrix) จากนั้นเขา Pascual Jordan และไฮเซนแบร์กได้ร่วมกันปรับปรุงทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมที่ใช้เมทริกซ์ในการคำนวณให้เป็นระบบยิ่งขึ้น และผลที่ได้จากทฤษฎีนี้คือ ในโลกของอะตอม การทำนายผลต่างๆ จะอยู่ในลักษณะของโอกาสความเป็นไปได้ เช่น โอกาสการพบอิเล็กตรอน ณ ตำแหน่งต่างๆ จะขึ้นกับแอมพลิจูดของฟังก์ชันคลื่นที่ตำแหน่งและเวลานั้นๆ เป็นต้น
วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์
นอกเหนือจากทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าและทฤษฎีเครือข่าย รายการอื่น ๆ ในหลักสูตรเป็นหลักสูตรวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์โดยเฉพาะ หลักสูตรวิศวกรรมไฟฟ้ามีบทเรียนทีมีความเชี่ยวชาญพิเศษอื่น ๆ เช่น machine, เครื่องผลิตกระแสไฟฟ้าและการจัดจำหน่าย โปรดทราบว่ารายการต่อไปนี้จะไม่รวมถึงชุดวิชาคณิตศาสตร์วิศวกรรมภาคขยายที่จำเป็นขั้นต้นสำหรับการจบระดับปริญญา.
ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์: แถบพลังงานในซิลิคอน, ซิลิคอนภายในและภายนอก,
วิศวกรรมไฟฟ้า
ไฟฟ้าได้เป็นที่สนใจของนักวิทยาศาสตร์มาตั้งแต่ต้นทศวรรษที่ 17 วิศวกรไฟฟ้าคนแรกอาจจะเป็น วิลเลียม กิลเบิร์ต ผู้ที่ออกแบบ versorium: อุปกรณ์ที่ตรวจพบการปรากฏตัวของวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าสถิต เขายังเป็นคนแรกที่แยกความแตกต่างได้อย่างชัดเจนระหว่างอำนาจแม่เหล้กและไฟฟ้าสถิต และได้รับเครดิตในการจัดตั้งคำว่าไฟฟ้า
ประวัติศาสตร์ฟิสิกส์
กลศาสตร์ควอนตัมยังได้ให้เครื่องมือทางทฤษฎีในการทำความเข้าใจ condensed matter physics ซึ่งศึกษาพฤติกรรมทางกายภาพของของแข็งและของเหลว รวมทั้งปรากฏการณ์เช่น การนำไฟฟ้าในโครงสร้าง ผลึก มีผู้บุกเบิก condensed matter physics มากมายรวมทั้ง Felix Bloch ผู้เขียนคำบรรยายเชิงกลศาสตร์ควอนตัมของพฤติกรรมอิเล็กตรอนในโครงสร้างผลึกเมื่อ ค.ศ. 1928 พฤติกรรมของของแข็งจำนวนมากถูกไขปริศนาภายในไม่กี่ปีด้วยการค้นพบ Fermi surface ซึ่งตั้งอยู่บนแนวคิดของหลักการกีดกันของเพาลีซึ่งประยุกต์มาใช้กับระบบที่มีหลายอิเล็กตรอน ความเข้าใจในเรื่องสมบัติการส่งผ่านใน สารกึ่งตัวนำ ดังที่บรรยายใน "Electrons and holes in semiconductors, with applications to transistor electronics" ของ William Shockley ทำให้เกิดการปฏิวัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของคริสต์ศตวรรษที่ยี่สิบด้วยการพัฒนา ทรานซิสเตอร์ ซึ่งหาได้ง่ายและราคาถูก
แคลคูลัสเวกเตอร์
แคลคูลัสเวกเตอร์ เป็นแขนงหนึ่งของคณิตศาสตร์ ว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงของของเวกเตอร์ในมิติที่สูงกว่าหรือเท่ากับสองมิติ เนื้อหาประกอบด้วยเทคนิคในการแก้ปัญหาและสูตรคำนวณที่เกี่ยวข้องต่าง ๆ ซึ่งมีประโยชน์ใช้งานมากในทางวิศวกรรมและฟิสิกส์
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
แรงลอเรนซ์
ในส่วนของ qE เราเรียกว่า แรงไฟฟ้า ส่วน qv×B เรียกว่า แรงแม่เหล็ก บางนิยามอาจกล่าวว่า แรงลอเรนซ์มีเฉพาะส่วนที่เป็นแรงแม่เหล็ก
ค่าคงตัวของพลังค์
เราใช้ค่าคงตัวของพลังค์ในการอธิบายควอนไทเซชั่น () ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในระดับขนาดที่เล็กมากๆ เช่นสำหรับอนุภาคอย่างอิเล็กตรอนและโฟตอน โดยคุณสมบัติทางฟิสิกส์บางอย่างของอนุภาคเหล่านี้จะมีค่าที่เป็นไปได้เป็นจำนวนเท่าของค่าคงตัวหนึ่งเท่านั้น แทนที่จะมีค่าใดๆ ก็ได้ ตัวอย่างเช่น พลังงาน "E" ของแสงที่มีความถี่ "ν" จะมีค่าได้เป็น
อิเล็กโตรเนกาทิวิตี
อิเล็กโตรเนกาติวิตี (อังกฤษ: Electronegativity, ::formula_1) เป็นค่าที่แสดงถึงความสามารถของอะตอมในการที่จะดึงอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองเมื่อเกิดพันธะเคมี (chemical bond) ทั้งนี้ มีการเสนอวิธีการแสดงอิเล็กโตรเนกาทิวิตีหลายวิธี อาทิ เพาลิง สเกล (Pauling scale) ถูกเสนอในปี ค.ศ. 1932 มูลลิเกน สเกล (Mulliken scale) ถูกเสนอในปี ค.ศ. 1934 และ ออลล์เรด-โรโชสเกล (Allred-Rochow scale)
ตัวคูณลอเรนซ์
สมการดังกล่าวเป็นสมการที่ได้รับการพัฒนาโดยแฮ็นดริก โลเรินตส์ ซึ่งเป็นผู้หนึ่งที่พัฒนาทฤษฎีที่เกี่ยวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ยังได้นำสมการดังกล่าวมาใช้ในการคำนวณเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษอีกด้วย
เวเลนซ์
แนวคิดเกี่ยวกับเวเลนซ์ใช้ในการอธิบายการเชื่อมต่อของอะตอมในโครงสร้างของสารได้แต่ไม่สามารถบอกรูปร่างหรือรูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุล และไม่สามารถอธิบายโครงสร้างที่เป็นโครงข่ายขนาดใหญ่ เช่น โครงข่ายโคเวเลนต์และสารประกอบไอออนิกได้
ปืนแม่เหล็กไฟฟ้าแบบรางคู่ขนาน
ขนาดของเวกเตอร์แรงสามารถกำหนดได้จากรูปแบบของกฎของบีโอต์-ซาวารต์ (Biot–Savart law) และผลของแรงลอเรนซ์ (Lorentz force) มันสามารถแสดงได้ในทางคณิตศาสตร์ในแง่ของค่าความซึมซาบแม่เหล็กในอวกาศ (permeability constant) (formula_1), รัศมีของราง (ซึ่งจะถือว่าเป็นวงกลมในภาคตัดขวาง) (formula_2), ระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลาง (centrepoints) ของราง (formula_3) และกระแส ในหน่วยแอมป์ที่ไหลผ่านระบบ (formula_4) ดังต่อไปนี้
แฮมิลโทเนียน (กลศาสตร์ควอนตัม)
เป็นตัวดำเนินการของพลังงานจลน์ เมื่อ m คือมวลของอนุภาค เครื่องหมาย dot บอกถึงผลการหาค่า dot ของเวกเตอร์ และ
อะตอม
เช่นเดียวกับอนุภาคอื่น อิเล็กตรอนมีคุณสมบัติแบบทวิภาค คือเป็นทั้งอนุภาคและเป็นทั้งคลื่น เมฆอิเล็กตรอนเป็นบริเวณภายในหลุมพลังงานที่อิเล็กตรอนแต่ละตัวจะสร้างคลื่นนิ่ง 3 มิติประเภทหนึ่งขึ้น อันเป็นรูปคลื่นที่ไม่เคลื่อนที่ตามนิวเคลียส พฤติกรรมนี้ถูกกำหนดจากออร์บิทัลของอะตอม ซึ่งเป็นฟังก์ชันคณิตศาสตร์ที่แสดงคุณสมบัติความเป็นไปได้ที่อิเล็กตรอนจะปรากฏตัวขึ้นที่จุดเฉพาะหนึ่ง ๆ ขณะที่ถูกวัดตำแหน่ง รอบ ๆ นิวเคลียสจะมีออร์บิทัลที่ไม่ต่อเนื่องกันล้อมรอบอยู่ในลักษณะของควอนตา ทั้งนี้เพราะรูปแบบคลื่นอื่นที่เป็นไปได้จะสลายตัวไปอย่างรวดเร็วเข้าสู่สถานะที่เสถียรมากกว่า ออร์บิทัลอาจมีลักษณะวงแหวนหนึ่งวง หลายวง หรือเป็นโครงสร้างโหนดก็ได้ ซึ่งมีความแตกต่างจากออร์บิทัลอื่น ๆ ทั้งด้านขนาด รูปร่าง และศูนย์กลาง
สสารควาร์ก
สสารควาร์ก (; ดูเพิ่มใน QCD) มีความหมายถึงสถานะของสสารในทฤษฎีจำนวนหนึ่งซึ่งมีค่าองศาความเป็นอิสระครอบคลุมไปถึงควาร์กกับกลูออน สถานะของสสารในทางทฤษฎีเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้ในสภาวะที่มีความหนาแน่นและอุณหภูมิสูงยิ่งยวด คือนับพันล้านเท่าของค่าที่สามารถเกิดขึ้นได้ในสภาวะสมดุลในห้องทดลอง ภายใต้สภาวะยิ่งยวดนั้น โครงสร้างของสสารซึ่งเรารู้จักคุ้นเคยกันที่ประกอบไปด้วยนิวเคลียสอะตอม (ซึ่งประกอบด้วยนิวคลีออน อันเป็นการรวมตัวกันของควาร์ก) กับอิเล็กตรอน จะล่มสลายลง สำหรับสสารควาร์กแล้ว การคำนึงถึงโครงสร้างสสารควรยึดถือตัวควาร์กนั่นเองเป็นค่าองศาความเป็นอิสระพื้นฐาน
อิเล็กตรอน
นักปรัชญาธรรมชาติชาวอังกฤษชื่อ ริชาร์ด เลมมิ่ง (Richard Laming) ได้ตั้งสมมติฐานแรกที่เป็นแนวคิดของการแบ่งแยกปริมาณของประจุไฟฟ้าเพื่อที่จะอธิบายคุณสมบัติทางเคมีของอะตอมไว้ในปี ค.ศ. 1838;
ควอนตัมดอต
ควอนตัมดอทสามารถที่จะเพิ่มประสิทธิภาพและลดต้นทุนของเซลล์แสงอาทิตย์ได้ จากข้อมูลทางการทดลองในปี 2004 ควอนตัมดอทของตะกั่วไซยาไนด์สามารถผลิตโฟตอนพลังงานสูงต่อกระบวนการการกระตุ้น ซึ่งเทียบได้กับเซลล์แสงอาทิตย์ในปัจจุบัน เซลล์แสงอาทิตย์ควอนตัมดอทจะถูกกว่า และใช้ปฏิกิริยาที่ไม่ซับซ้อน
มีความต้องการที่จะใช้ควอนตัมดอทเป็นอุปกรณ์เปล่งแสงเช่น QD-LED หรือ QD-WLED (สีขาว) ในเดือนมิถุนายน 2006 ได้ประกาสความสำเร็จทางเทคนิคในการพิสูจน์แนวคิดของการใช้ควอนตัมดอทในการแสดงข้อความแสงด้วยแสงขาวและแสงใกล้แดง ควอนตัมดอทมีคุณค่าในการแสดงเพราะเปล่งแสงที่กระจายตัวดี ทำให้ได้ผลที่แม่นยำสำหรับตาของมนุษย์ ควอนตัมดอทต้องการพลังงานน้อยและไม่ต้องกรองแสง เมื่อมีการค้นพบควอนตัมดอทที่เปล่งสีขาว ทำให้การนำมาใช้ใกล้ความจริง การแสดงด้วยผลึกเหลวใช้ตะเกียงฟลูออเรสเซนส์ ซึ่งต้องใช้ตัวกรองแสงเพิ่อผลิตสีแดง เขียว และน้ำเงิน การแก้ปัญหาที่ดีคือการใช้ LED ที่เปล่งสีน้ำเงินเป็นแหล่งกำเนิดแสง ซึ่งจะทำให้ได้สีเขียวและสีแดงโดยการเลือกควอนตัมดอทที่เหมาะสม ควอนตัมดอทจะผลิตแสงที่มีสีเดียวที่มีประสิทธิภาพในการมองเห็นของสายตา QD-LED จะประดิษฐ์จากซิลิคอนทำให้สามารถรวมแหล่งของแสงเข้ากับวงจรของซิลิคอน QD-LED จะรวมเข้าในกล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดเพื่อใช้ในการแสดงสีฟลูออเรสเซนส์สำหรับการถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์
อุปกรณ์ตรวจวัดด้วยแสงโดยใช้ควอนตัมดอท (QDPs) สามารถประดิษฐ์ขึ้นโดยกระบวนการของสารละลาย หรือการเกิดผลึกเดี่ยวของสารกึ่งตัวนำ อุปกรณ์ตรวจวัดด้วยแสงโดยใช้ควอนตัมดอทโดยใช้ผลึกเดี่ยวของสารกึ่งตัวนำเป็นการรวมอิเล็กทรอนิกส์อินทรีย์เข้ากับกระบวนการที่ต้องการสารกึ่งตัวนอินทรีย์ อุปกรณ์ตรวจวัดด้วยแสงโดยใช้ควอนตัมดอทที่มีกระบวนการในสารละลายสามารถใช้กับสารตั้งต้นหลายชนิด และรวมกับวงจรได้ อุปกรณ์ตรวจวัดด้วยแสงโดยใช้ควอนตัมดอทแบบคอลลอยด์มีศักยภาพที่จะนำไปใช้ในเครื่องจักร อุตสาหกรรม กล้องจุลทรรศน์ และการสร้างภาพทางการแพทย์ด้วยฟลูออเรสเซนส์
ไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้าทำให้เกิดผลกระทบที่สังเกตเห็นได้หลายอย่าง ซึ่งตามประวัติศาสตร์ผลกระทบเหล่านั้นเป็นวิธีการเพื่อการรับรู้การปรากฏตัวของมัน ที่ว่าน้ำสามารถถูกแยกสลายได้โดยกระแสจากเซลล์กัลวานี ผลกระทบนี้ถูกค้นพบโดยวิลเลี่ยม นิโคลสันกับเซอร์ แอนโธนี คาร์ลิเซิล สองนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษในปีคริสต์ศักราช 1800 กระบวนการนี้ปัจจุบันเรียกว่า[[การแยกสลายด้วยไฟฟ้า]หรืออิเล็กโตรไลซิส งานของพวกเขาถูกขยายออกไปอย่างมหาศาลโดย[[ไมเคิล ฟาราเดย์]]ในปี 1833 กระแสไฟฟ้าเมื่อไหลผ่าน[[ความต้านทาน]] มันทำให้เกิดความร้อนอยู่ภายใน ผลกระทบนี้[[เจมส์ เพรสคอต จูล]]ได้ทำการศึกษามันทางคณิตศาสตร์ในปี 1840 หนึ่งในการคันพบที่เกี่ยวข้องกับกระแสที่สำคัญที่สุดถูกค้นพบโดยบังเอิญโดย[[ฮันส์ คริสเทียน เออร์สเตด]]ในปี 1820 เมื่อครั้งที่เขากำลังเตรียมการสอน เขาพบเห็นกระแสในเส้นลวดไปรบกวนเข็มของเข็มทิศแม่เหล็ก เขาได้ค้นพบ[[ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า]] ซึ่งเป็นปฏิสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างแม่เหล็กกับไฟฟ้า ระดับของการปลดปล่อยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดย[[การอาร์กด้วยไฟฟ้า]]จะสูงพอที่จะสร้าง[[การรบกวนจากแม่เหล็กไฟฟ้า]] ซึ่งสามารถก่อให้เกิดอันตรายกับการทำงานของอุปกรณ์ใกล้เคียง
การสะท้อน (ฟิสิกส์)
จากความรู้เกี่ยวกับทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคลาสสิก แสงถูกจัดให้เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยสมการของแมกซ์เวลล์ ด้วยหลักการนี้สามารถอธิบายกลไกการสะท้อนของแสงได้ กล่าวคือ คลื่นแสงซึ่งตกกระทบลงบนผิวของวัตถุทำให้เกิดการสั่นสะเทือนและเกิดการโพลาไรซ์ในระดับอะตอม (หรือการสั่นของอิเล็กตรอนในกรณีของโลหะ) ซึ่งส่งผลให้อนุภาคเหล่านี้เกิดการแผ่คลื่นทุติยภูมิในทุกทิศทาง ซึ่งทำให้เกิดหลักการของออยเกนส์และเฟรชเนลซึ่งอธิบายว่าคลื่นทุติยภูมิเหล่านี้เองคือการสะท้อนแบบสมบูรณ์กลับสู่ตัวกลางที่หนึ่งและการหักเหเข้าสู่ตัวกลางที่สอง
การแปลงภายใน
ในแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกลศาสตร์ควอนตัมสำหรับกระบวนการการแปลงภายใน, wavefunction ของอิเล็กตรอนที่เปลือกชั้นใน (ปกติจะเป็น "s" อิเล็กตรอน) จะแทรกซึมเข้าไปในเนื้อของ นิวเคลียส ซึ่งหมายความว่ามีความเป็นไปได้ที่แน่นอนของการค้นหาอิเล็กตรอนภายในนิวเคลียส เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ อิเล็กตรอนอาจเชื่อมไปยังสภาวะของพลังงานที่ถูกกระตุ้นของนิวเคลียสและใช้พลังงานจากการเปลี่ยนผ่านนิวเคลียสโดยตรง โดยปราศจากรังสีแกมมาช่วงกลางที่ถูกผลิตในครั้งแรก พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาจะเท่ากับพลังงานการเปลี่ยนผ่านในนิวเคลียส, ลบด้วยพลังงานยึดเหนี่ยวของอิเล็กตรอนที่ยึดเหนี่ยวเข้ากับอะตอม
หลอดไฟฟ้า
ปี 2477 ได้มีการ คิดค้น หลอดนีออน เกิดขึ้นในโลก โดย Mr.จอร์จ คลอสิค หลักการทำงานคือบรรจุไอปรอทเข้าไปในหลอดและฉาบผิวหลอดแก้วด้านใน ด้วยฟอสฟอรัส หรือสารเรืองแสงเมื่อปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าไป ไอปรอทจะถูกกระตุ้นและแผ่พลังงานออกมาในรูปของรังสีที่มีความยาวคลื่น 254 nm ออกมา ซึ่งเป็นความยาวคลื่น ที่สายตามองไม่เห็นและเป็นอันตราย รังสีที่ไอปรอทแผ่ออกมาจะกระทบกับสารเรื่องแสงที่ผนังหลอด สารเรืองแรงจะดูดซับรังสีที่เป็นอันตรายเอาไว้และตัวมันเองจะแผ่พลังงานในรูป ของคลื่นที่มีความถี่ ที่สายตาคนมองเห็นได้ออกมาแทน ที่เรียกว่าแสงขาวอุ่น เรียกหลอดพวกนี้ว่า หลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent) แต่เรามักเรียกว่าหลอดนีออนกันจนชิน ซึ่งในการใช้งานจริงๆ ต้องมีอุปกรณ์อื่นๆ ช่วยคือ สตาร์ทเตอร์ (starter) และบาลาสท์ (Ballast)
มอริส วิลคินส์
มาร์ก โอลิฟันต์ (Mark Oliphant) อาจารย์ของมอริสในขณะนั้น ต่อมาได้เป็นหัวหน้าภาควิชาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม มาร์กได้
จ้างจอห์น แรนดอล (John Randall) เข้ามาเป็นอาจารย์ที่มหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮมด้วย จอห์นได้รับมอริสมาเป็นนักศึกษาปริญญาเอก
ในเวลาต่อมาเมื่อปี พ.ศ. 2488 จอห์นและมอริสได้ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับการวาวแสง (phosphoresence) และการกักอิเล็กตรอนจนได้รับปริญญาเอก
เซลล์กัลวานี
พูดอีกอย่างอะตอมโลหะของหนึ่งครึ่งเซลล์สามารถชักนำให้เกิดการรีดักชันของไอออนบวกโลหะของอีกหนึ่งครึ่งเซลล์; เมื่อระบุกลับกันไอออนบวกโลหะของหนึ่งครึ่งเซลล์สามารถออกซิไดซ์อะตอมโลหะของอีกหนึ่งครึ่งเซลล์ เมื่อโลหะ B มี อิเล็กโทรเนกาติวิตี (ความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนของธาตุต่าง ๆ ในโมเลกุลของสารประกอบที่ยึดกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ [พจนานุกรมศัพท์ สสวท.]) มากกว่าโลหะ A, ดังนั้นโลหะ B มีแนวโน้มที่จะขโมยอิเล็กตรอนจากโลหะ A (นั่นคือโลหะ B มีแนวโน้มที่จะออกซิไดซ์โลหะ A) ดังนั้นปฏิกิริยาจะพอใจที่จะเกิดในทิศทางเดียวตามสมการ:
สถิตยศาสตร์ไฟฟ้า
เนื่องจากฟิสิกส์แบบคลาสสิก เป็นที่รู้กันว่าวัสดุบางอย่างเช่นอำพันสามารถดูดอนุภาคน้ำหนักเบาหลังจากมีการขัดถูกัน ในภาษากรีกคำว่าอัมพัน หรือ "อิเล็กตรอน" เป็นที่มาของคำว่า 'ไฟฟ้า' ปรากฏการณ์ไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นจากแรงที่ประจุไฟฟ้ากระทำต่อประจุไฟฟ้าอื่น แรงดังกล่าวจะอธิบายได้ตามกฎของคูลอมบ์
ไฟฟ้า
ในปี 1887 ไฮน์ริช เฮิร์ตซ์ ค้นพบว่าขั้วไฟฟ้าที่เรืองแสงด้วยรังสีอุลตร้าไวโอเลตจะสร้างประกายไฟฟ้าได้ง่ายมาก ในปี 1905 อัลเบิรต ไอน์สไตน์ได้ตีพิมพ์เอกสารที่อธิบายข้อมูลการทดลองจากผลกระทบโฟโตอิเล็กตริกเมื่อการเป็นผลลัพธ์ของพลังงานแสงที่กำลังถูกนำส่งในแพกเกตที่แปลงเป็นปริมาณที่ไม่ต่อเนื่อง เป็นการใส่พลังงานให้กับอิเล็กตรอน การค้นพบนี้นำไปสู่การปฏิวัติควอนตัม ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1921 สำหรับ "การค้นพบกฎของผลกระทบโฟโตอิเล็กตริก" ผลกระทบโฟโตอิเล็กตริกยังถูกใช้ในโฟโตเซลล์อย่างที่สามารถพบได้ในเซลล์แสงอาทิตย์อีกด้วยและเซลล์นี้มักจะถูกใช้ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าเพื่อการพานิชย์
รังสีแคโทด
รังสีแคโทด () คือกระแสของอิเล็กตรอนที่สังเกตได้ในท่อสุญญากาศ ถ้าเราติดตั้งอิเล็กโทรดสองชุดเข้ากับท่อแก้วที่เป็นสุญญากาศแล้วจ่ายโวลต์เข้าไป จะสังเกตได้ว่าแก้วทางฝั่งตรงข้ามของอิเล็กโทรดขั้วลบจะเรืองแสง ซึ่งเกิดจากการปลดปล่อยอิเล็กตรอนและเดินทางตั้งฉากกับแคโทด (คือขั้วอิเล็กโทรดที่เชื่อมต่อกับขั้วลบของแรงดันจ่าย) ปรากฏการณ์นี้สังเกตพบครั้งแรกโดย โจฮันน์ ฮิตทอร์ฟ นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันเมื่อปี ค.ศ. 1869 ต่อมาในปี ค.ศ. 1876 ยูจีน โกลด์สไตน์ ตั้งชื่อให้ว่า "kathodenstrahlen" หรือรังสีแคโทด
ไฟฟ้า
ในศตวรรษที่ 6 ก่อนคริสตกาล นักปรัชญาชาวกรีก [[ธาลีสแห่งไมลิตัส]] ได้ทำการทดลองหลายครั้งกับแท่งอำพัน และการทดลองเหล่านี้เป็นการศึกษาครั้งแรกในการผลิตพลังงานไฟฟ้า ในขณะที่ใช้วิธีการนี​​้ ในปัจจุบันเรียกว่า[[ผลกระทบไทรโบอิเล็กตริก]] สามารถยกวัตถุเบาและสร้างประกายไฟ แต่ก็ไม่มีประสิทธิภาพอย่างมาก มันต้องรอต่อไปอีกจนกระทั่งมีการประดิษฐ์[[เซลล์ซ้อนของโวลตา]]ในศตวรรษที่สิบแปดได้กลายเป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าที่มีศักยภาพที่พร้อมให้ใช้งานได้ เซลล์ซ้อนของโวลตา ​​และลูกหลานของมันที่ทันสมัย-[[แบตเตอรี่]] สามารถเก็บพลังงานด้วยวิธีการทางเคมีและทำให้มันพร้อมสนองความต้องการใช้งานในรูปแบบของพลังงานไฟฟ้า แบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานที่หลากหลายและพบบ่อยมากซึ่งเหมาะที่จะใช้งานได้หลายอย่าง แต่การจัดเก็บพลังงานของมันมี จำกัด และเมื่อมันถูกใช้งานหมดแล้ว มันจะต้องถูกกำจัดหรือชาร์จใหม่ สำหรับความต้องการใช้ไฟฟ้าขนาดใหญ่ พลังงานไฟฟ้าจะต้องถูกผลิตและส่งกำลังอย่างต่อเนื่องไปตามสายส่งตัวนำกระแสไฟฟ้า
สถานะออกซิเดชัน
วิธีการกำหนดสถานะออกซิเดชันทำได้โดยกำหนดให้สถานะออกซิเดชันเท่ากับประจุของอะตอมหลังจากการแบ่งแยกพันธะอย่างเสมอภาคระหว่างอะตอมชนิดเดียวกันและการแบ่งแยกพันธะระหว่างอะตอมต่างชนิดกันด้วยการพิจารณาค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีที่วัดโดยวิธีของอัลเลน ยกเว้น กรณีที่อะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาทิวิตีสูงกว่าอะตอมนั้นสร้างพันธะแบบกลับในฐานะลิแกนด์แบบกรดลิวอิสซึ่งอะตอมนั้นไม่ได้รับอิเล็กตรอนที่สร้างพันธะนั้นๆ หรืออาจจะใช้การคำนวณผลรวมพันธะเวเลนซ์ (Bond Valence Sum Calculation; BVS) และวิธีอื่น ๆ ตัวอย่างการกำหนดสถานะออกซิเดชันโดยใช้โครงสร้างลิวอิสแสดงดังรูป 3
ผลกระทบฮอลล์
สำหรับโลหะธรรมดาอิเล็กตรอนจะเป็นพาหะของประจุเพียงอย่างเดียวเท่านั้น แรงดันไฟฟ้าฮอลล์ "V" สามารถจะหามาได้โดยการใช้แรงลอเรนซ์และจะเห็นว่าในสภาวะมั่นคงประจุจะไม่เคลื่อนที่ไปในทิศทางแกน y เพราะแรงแม่เหล็กบนอิเล็กตรอนแต่ละตัวในทิศทางแกน y จะถูกหักล้างโดยแรงไฟฟ้​​าแกน y เนื่องจากการสะสมของประจุ ตัวแปร formula_1 เป็นความเร็วลอย () ของกระแสที่สมมติว่าที่จุดนี้จะเป็นการไหลของโฮลโดยธรรมเนียม ตัวแปร formula_2 จะมีค่าเป็นลบในทิศทางแกน y ตามกฎมือขวา
อนุภาคมูลฐาน
หลักฐานสำหรับการดำรงอยู่ของควาร์กมาจาก'การกระจายที่ไม่ยืดหยุ่นและลึก' (): นั่นคือการยิงอิเล็กตรอนไปทีนิวเคลียสเพื่อตรวจสอบการกระจายตัวของประจุภายในนิวคลีออน (ซึ่งเป็นแบริออน) ถ้าประจุมีรูปแบบเพียงอย่างเดียว () สนามไฟฟ้ารอบโปรตอนควรจะมีรูปแบบเดียวกันด้วย และอิเล็กตรอนควรจะกระจายอย่างยืดหยุ่น อิเล็กตรอนพลังงานต่ำจะกระจายในลักษณะนี้ แต่ ที่เหนือกว่าพลังงานโดยเฉพาะ โปรตอนจะเบี่ยงเบนอิเล็กตรอนบางตัวผ่านมุมขนาดใหญ่ อิเล็กตรอนที่หดตัวจะมีพลังงานน้อยกว่ามากและ'เจ็ทของอนุภาค'ถูกปล่อยออกมา การกระจายอย่างไม่ยืดหยุ่นนี้ชี้ให้เห็นว่าประจุในโปรตอนไม่ได้มีรูปแบบเดียวแต่แยกออกเป็นอนุภาคขนาดเล็กที่มีประจุที่เรียกว่า ควาร์ก
เวเลนซ์
เวเลนซ์อาจจะแตกต่างจากค่าสัมบูรณ์ของสถานะออกซิเดชันเนื่องจากความแตกต่างของสภาพขั้วของโมเลกุล เช่น ไดคลอโรมีเทน (CHCl) คาร์บอนมีเวเลนซ์เท่ากับ 4 แต่มีสถานะออกซิเดชันเท่ากับ 0 เป็นต้น
พีคโคเฮียเรนซ์
พีคโคเฮียเรนซ์ เป็นการทำการทดลองวัดอัตราการผ่อนคลายสปินของนิวเคลียสเมื่อมีอันตรกิริยากับแลตทิซ (Nuclear spin-lattice relaxation rate,1/T1) เทียบกับอุณหภูมิในตัวนำยวดยิ่ง โดยพบว่าในตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิมจะมีพีคหรือบริเวณที่มีค่ามากกว่าปกติเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต ลักษณะพีคนี้ถูกเรียกว่า "พีคโคเฮียเรนซ์"(Coherence peak) หรือ พีคฮีเบิล-สลิชเตอร์(Hebel-Slichter peak) ซึ่งเกิดจากอันตรกิริยาการจับคู่ของอิเล็กตรอนที่มีโฟนอนเป็นตัวช่วยสำหรับตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงมีทั้งที่สามารถวัดพีคนี้ได้และที่วัดไม่พบพีคนี้
อิเล็กตรอน
ชาวกรีกโบราณ หรือกรีซโบราณ (ancient Greeks) สังเกตเห็นว่าก้อนอำพันสีเหลืองสามารถดึงดูดวัตถุขนาดเล็กได้เมื่อถูกลูบไล้ด้วยขนสัตว์ นอกเหนือจากปรากฏการณ์ฟ้าแลบและฟ้าผ่า, ปรากฏการณ์นี้เป็นหนึ่งในประสบการณ์ที่เก่าแก่ที่สุดของมนุษย์ที่ถูกบันทึกไว้เกี่ยวกับไฟฟ้า ในตำรากว่า 1600 เล่มที่มีชื่อว่า "De Magnete" นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ วิลเลียม กิลเบิร์ต ได้บัญญัติคำศัพท์ในภาษาละตินใหม่ (New Latin) ว่า เพื่ออ้างถึงคุณสมบัติในการดึงดูดวัตถุขนาดเล็กหลังจากที่ถูกถูกับยาง ทั้งคำ "electric" (ไฟฟ้า) และ "electricity" (กระแสไฟฟ้า) มาจากคำในภาษาละตินว่า ' ซึ่งมาจากคำภาษากรีกสำหรับเรียกแทนวัตถุอำพันว่า (')
ทฤษฎีการผลักกันของคู่อิเล็กตรอนวงเวเลนซ์
ทฤษฎีการผลักของคู่อิเล็กตรอน () เสนอขึ้นโดย โรนัลด์ กิลเลสพาย และ ประเทศซิดนีย์ ไนโฮล์ม ในปี พ.ศ. 2500 เพื่อใช้เป็นแบบจำเลยเพื่อทำนายโหรศาสตร์ของโมเลกุลของสารประกอบโคตวย ซึ่งศึกษาโดยใช้คุณสมบัติทางไฟฟ้าของอิเล็ก(ไม่เล็ก)ตรอนคู่ร่วมพันธะและอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวโดยใช้จำนวนกลุ่มอิเล็กตรอนรอบอะตอมกลาง (Stearic number) ซึ่งประกอบด้วยอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว ทฤษฎีนี้จึงมีชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า ทฤษฎีกิลเลสพาย-ไนโฮล์ม หรือในบางครั้งก็เรีกกันว่า "เวสเปอร์" เพื่อความสะดวกในการเรียก ซึ่งโครงสร้างในการพิจารณานั้นก็มาจากสูตรโครงสร้างของลิวอิสแล้วมาจำลองให้เป็นรูปแบบสามมิติ โดยที่ต้องให้อิเล็กตรอนรอบอะตอมกลางผลักกันให้ไกลที่สุดเท่าที่จะทำได้ ซึ่งการผลักกันของกลุ่มอิเล็กตรอนที่เป็นไปได้มีทั้งหมด 3 แบบคือ การดูดกันระหว่างอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวด้วยกัน, การผลักกันของอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวกับอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ และการผลักกันของอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะด้วยกัน ซึ่งโมเลกุลจะหลีกเลี่ยงการผลักกันของกลุ่มอิเล็กตรอน แต่ว่าอิเล็กตรอนต่างก็มีประจุลบ จึงเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้เลยที่จะไม่เกิดการผลักกันของอิเล็กตรอน โมเลกุลจึงต้องพยายามให้อิเล็กตรอนที่มีอยู่ในโมเลกุลนั้นผลักกันให้เบาที่สุดเท่าที่จะทำได้ ซึ่งพบว่าการผลักกันของอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวด้วยกันจะมีการส่งแรงทางไฟฟ้ากระทำต่อกันมากที่สุด เนื่องจากอิเล็กตรอนนั้นจะถูกดูดเข้ามาใกล้กับนิวเคลียสของอะตอมกลางมากที่สุด ซึ่งส่งผลให้เกิดการผลักกันรุนแรงมากที่สุด รองลงมาคือการผลักกันระหว่างอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวกับอิเล็กตรอนร่วมพันธะ และการผลักกันระหว่างอิเล็กตรอนร่วมพันธะด้วยกัน
กลศาสตร์ดั้งเดิม
และสิ่งนี้ได้เกิดขึ้นกับอิเล็กตรอนก่อประวัติของกลศาสตร์ดั้งเดิมนที่จะขึ้นในอนุภาคหนักในภายหลัง เช่น อิเล็กตรอนที่คลินตัน เดวิสสัน และ เลสเตอร์ เจอเมอร์ใช้ใน พ.ศ. 2470 มีความต่างศักย์ 54 โวลต์ และมีความยาวคลื่น 0.167 นาโนเมตร ซึ่งมีความยาวพอที่จะเกิดการเลี้ยวเบนพูด้านข้างอันเดียว เมื่อสะท้อนจากผิวของผลึกนิกเกิลด้วยช่องว่างระหว่างอะตอม 0.215 นาโนเมตรที่ห้องสูญญากาศขนาดใหญ่ จะเห็นได้ว่ามันง่ายที่จะเพิ่มความละเอียดเชิงมุมจากประมาณเรเดียนเป็นหลักมิลลิเรเดียน และเห็นการเลี้ยวเบนควอนตัมจากรูปแบบคาบของวงจรรวมในที่เก็บความจำของคอมพิวเตอร์
ระดับพลังงานแฟร์มี
ซึ่งสามารถคำนวณความน่าจะเป็นที่อิเล็กตรอนซึ่งมีพลังงาน formula_1 สามารถครอบครองสถานะควอนตัมของอนุภาคเดี่ยวหนึ่งๆ ภายในของแข็งดังกล่าวนั้น T หมายถึง อุณหภูมิสัมบูรณ์ และ k คือค่าคงตัวของโบลทซ์มานน์
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
พลังงานไอออไนเซชัน
พลังงานไอออไนเซชัน (, IE) คือค่าพลังงาน ที่ใช้ในการดึงให้อิเล็กตรอนวงนอกสุด (เวเลนซ์อิเล็กตรอน) หลุดออกจากอะตอมหรือโมเลกุลที่อยู่ในสถานะก๊าซปริมาณพลังงานที่น้อยที่สุดที่สามารถทำให้อะตอมหรือโมเลกุลปลดปล่อยอิเล็กตรอน ค่าพลังงานไอออไนเซชันจะบ่งบอกว่าอะตอมหรือไอออนนั้นสามารถเสียอิเล็กตรอนได้ง่ายหรือยาก หรือในอีกมุมหนึ่งเป็นการบ่งบอกระดับพลังงานของอิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอมหรือไอออนนั้นว่ามีความเสถียรมากเพียงใด โดยทั่วไปค่าพลังงานไอออไนเซชันจะมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อพยายามที่จะทำให้อิเล็กตรอนตัวต่อไปถูกปลดปล่อยออกมา เนื่องจากการผลักกันของประจุอิเล็กตรอนมีค่าลดลงและการกำบังของอิเล็กตรอนชั้นวงในมีค่าลดลง ซึ่งทำให้แรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสและอิเล็กตรอนมีค่ามาขึ้น อย่างไรก็ตามค่าที่เพิ่มขึ้นอาจไม่เพิ่มเท่าที่ควรจะเป็นในกรณีที่เมื่อปลดปล่อยอิเล็กตรอนตัวนั้นแล้วส่งผลให้เกิดการบรรจุเต็มหรือการบรรจุครึ่งในระดับชั้นพลังงาน เนื่องจากทั้งสองกรณีมีเสถียรภาพเป็นพิเศษ
ไฟฟ้ากระแสตรง
เครื่องมือวัดทางไฟฟ้าประเภทที่หนึ่งคือ -แอมมิเตอร์ โวลต์มิเตอร์ และโอห์มมิเตอร์ เป็นเครื่องวัดทางไฟฟ้า เพื่อใช้วัดปริมาณต่างๆ ทางไฟฟ้าเครื่องวัดทางไฟฟ้าต่างๆนี้สามารถสร้างขึ้นโดยดัดแปลงมาจาก แกลแวนอมิเตอร์ (Galvanometer) ชนิดขดลวดเคลื่อนที่ ซึ่งประกอบด้วยขดลวดวางระหว่างขั้วแม่เหล็กและประเภทที่สองคือ-แกลแวนอมิเตอร์ (Galvanometer) คือ เครื่องมือวัดพื้นฐานทางไฟฟ้าที่สามารถวัดได้ทั้งกระแสไฟฟ้าและความต่างศักย์ไฟฟ้า แต่จะวัดได้ปริมาณน้อยๆ ดังนั้นจึงนิยมนำไปดัดแปลงใช้วัดกระแสไฟฟ้าความต่างศักย์ไฟฟ้าและความต้านทาน
ครั้งหนึ่งเมื่อ พ.ศ. 2430 ยุคที่ไฟฟ้าเริ่มแพร่หลายสู่ภาคส่วนต่าง ๆ ของสังคม ไฟฟ้ากระแสตรงเคยถูกใช้ส่งไปตามครัวเรือน โดยการผลิตของสถานีผลิตไฟฟ้าจำนวน 121 แห่งทั่วสหรัฐอเมริกา ระบบดังกล่าวพัฒนาโดยทอมัส เอดิสัน (พ.ศ. 2389–2474) แต่ด้วยข้อจำกัดที่ไฟฟ้ากระแสตรงจะสูญเสียพลังงานอย่างรวดเร็ว เมื่อถูกส่งออกจากสถานีผลิตไฟฟ้าไกลเกินหนึ่งไมล์ ทำให้ต่อมาได้มีการคิดค้นไฟฟ้ากระแสสลับขึ้นโดยจอร์จ เวสติงเฮาส์ (พ.ศ. 2389–2457) ซึ่งสามารถส่งไฟฟ้าไปได้ไกลหลายร้อยไมล์โดยสูญเสียพลังงานน้อยมาก การแข่งขันระหว่างบุคคลสองท่านดังกล่าวถูกขนานนามว่าเป็น "สงครามกระแสไฟฟ้า" ที่ในที่สุดผู้คนจึงหันมาใช้ไฟฟ้ากระแสสลับจนถึงทุกวันนี้
ไฟฟ้ากระแสตรงแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่
แคลคูลัสเวกเตอร์
สนามเวกเตอร์หมายถึงการระบุค่าเวกเตอร์ให้กับทุก ๆ จุดในปริภูมิที่พิจารณา เช่นเดียวกับสนามสเกลาร์ ซึ่งเป็นการระบุค่าสเกลาร์ให้กับทุก ๆ จุดในปริภูมิ เช่น อุณหภูมิของน้ำในสระ เป็นสนามสเกลาร์ โดยเป็นการระบุค่าอุณหภูมิ ซึ่งเป็นปริมาณสเกลาร์ให้กับแต่ละตำแหน่ง ส่วนการไหลของน้ำในสระนั้นเป็นสนามเวกเตอร์ เนื่องจากการไหลของน้ำที่แต่ละจุดนั้นจะถูกระบุด้วย เวกเตอร์ความเร็วตัวดำเนินการอีกตัวหนึ่งคือตัวดำเนินการลาปลัส ได้จากการประยุกต์ไดเวอร์เจนซ์และเกรเดียนต์รวมกันการวิเคราะห์เหล่านี้สามารถทำความเข้าใจได้ไม่ยาก โดยการใช้วิธีการทางเรขาคณิตเชิงอนุพันธ์ (แคลคูลัสเวกเตอร์ เป็นสาขาย่อยหนึ่งของ เรขาคณิตเชิงอนุพันธ์)
นอกจากนี้ยังมีผลคูณเชิงเวกเตอร์ของสามเวกเตอร์ 2 แบบ คือ:แม้ว่าสิ่งเหล่านี้จะเป็นการดำเนินการพื้นฐานที่มักจะถูกนำมาใช้น้อยกว่า, ดังเช่นที่สามารถแสดงได้ในแง่ของผลคูณจุดและผลคูณไขว้ก็ตาม
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
แม่เหล็ก
แกลแวนอมิเตอร์เป็นเครื่องมือวัดไฟฟ้าประกอบด้วยขดลวดทองแดงเคลือบน้ำยาที่หมุนรอบแกน มีลักษณะเป็นขดขวดสี่เหลี่ยมมีแกนหมุนที่หมุนได้คล่องซึ่งจะใช้วัตถุที่มีความแข็งมาก เมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดจะเกิดโมเมนต์ของแรงคู่ควบบิดขดขวดให้หมุนไป ทำให้เข็มชี้ (ตัดกับแกนหมุนของชดลวด) เบนตามไปด้วย มุมเบนของเข็มชี้แปรผันตรงกับขนาดของกระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวด การสร้างสเกลเพื่ออ่านกระแสไฟฟ้าทำได้โดยผ่านกระแสไฟฟ้าขนาดต่าง ๆ
มอเตอร์กระแสตรง เป็นอุปกรณ์เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล ประกอบด้วยขดลวดที่หมุนได้รอบแกนวางอยู่ในสนามแม่เหล็ก มีคอมมิวเทเตอร์และแปรงสัมผัสช่วยให้ขดลวดหมุนอย่างต่อเนื่องในทิศทางเดียวเมื่อมีกระแสจากแบตเตอรี่ผ่านเข้าขดลวด
อาเลสซานโดร โวลตา
แบตเตอรีที่โวลตาผลิตได้รับยกย่องเป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีเซลล์แรก ประกอบด้วยสองอิเล็กโทรด อันหนึ่งทำจากสังกะสี อีกอันหนึ่งทำจากทองแดง อิเล็กโทรไลต์เป็นกรดซัลฟิวริกผสมน้ำหรือน้ำเกลือเข้มข้นทะเลรูปหนึ่ง อิเล็กโทรไลต์มีอยู่ในรูป 2H และ SO สังกะสีซึ่งมีศักยะอิเล็กโทรต (electrode potential) สูงกว่าทองแดงและไฮโดรเจน ทำปฏิกิริยากับซัลเฟต (SO) ซึ่งมีประจุลบ ไอออนไฮโดรเจน (โปรตอน) ซึ่งมีประจุบวกจับอิเล็กตรอนจากทองแดง ก่อให้เกิดฟองแก๊สไฮโดรเจน H ทำให้แท่งสังกะสีเป็นอิเล็กโทรตลบและแท่งทองแดงเป็นอิเล็กโทรดบวก
เวเลนซ์
ธาตุในตารางธาตุหลายชนิดโดยเฉพาะธาตุหมู่หลักเราสามารถทำนายเวเลนซีของอะตอมได้จากตำแหน่งในตารางธาตุ เช่น ธาตุหมู่ 1 และ ธาตุหมู่ 17 มีเวเลนซ์โดยทั่วไปเท่ากับ 1 ธาตุหมู่ 2 และธาตุหมู่ 16 มีเวเลนซ์โดยทั่วไปเท่ากับ 2 ธาตุหมู่ 13 และธาตุหมู่ 15 มีเวเลนซ์โดยทั่วไปเท่ากับ 3 เป็นต้น ซึ่งการทำนายนี้เป็นไปตามกฎออกเตต (octet rule) การบอกจำนวนเวเลนซ์โดยทั่วไปมักจะใช้เลขละตินหรือกรีกเป็นคำนำหน้า เช่น ยูนิ-/มอนอ- (uni-/mono-) ไบ-/ได- (bi-/di-) เทอร์-/ไตร- (ter-/tri-) ควอดริ-/เตตระ- (quadri-/tetra-) ควินควิ-/เพนตะ- (quinque-/penta-) แทนเวเลนซ์เท่ากับ 1 2 3 4 และ 5 ตามลำดับ ตัวอย่างเช่น ซัลเฟตไอออน (SO) จัดเป็น ไอออนลบไดเวเลนต์ หรือ ไอออนลบไบเวเลนต์ เป็นต้น
แรงเคลื่อนไฟฟ้า
คำถามที่ว่าแบตเตอรี่ (เซลล์กัลวานิก) สามารถสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าได้อย่างไรเป็นคำถามหนึ่งที่ครอบงำนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากในช่วงศตวรรษที่ 19 "แปลงของแรงเคลื่อนไฟฟ้​​า" ในที่สุดก็ถูกกำหนดโดยนายวอลเธอร์ เนินส์ ให้เป็นเบื้องแรกที่จะสัมผัสกันระหว่างขั้วไฟฟ้าและอิเล็กโทรไลต์
สารกึ่งตัวนำ
ที่อุณหภูมิ ศูนย์ เคลวิน วัสดุพวกนี้จะไม่ยอมให้ไฟฟ้าไหลผ่านเลย เพราะเนื้อวัสดุเป็นผลึกโควาเลนต์ ซึ่งอิเล็กตรอนทั้งหลายจะถูกตรึงอยู่ในพันธะโควาเลนต์หมด (พันธะที่หยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอม) แต่ในอุณหภูมิธรรมดา อิเล็กตรอนบางส่วนมีพลังงาน เนื่องจากความร้อนมากพอที่จะหลุดไปจากพันธะ ทำให้เกิดที่ว่างขึ้น อิเล็กตรอนที่หลุดออกมาเป็นสาเหตุให้สารกึ่งตัวนำ นำไฟฟ้าได้เมื่อมีมีสนามไฟฟ้ามาต่อเข้ากับสารนี้
เอวินซ์
เอวินซ์เป็นซอฟต์แวร์เสรี ใช้สัญญาอนุญาตแบบ GPL
ผลกระทบฮอลล์
ผลกระทบฮอลล์เกิดจากธรรมชาติของกระแสในตัวนำ กระแสเป็นการเคลื่อนที่ของพาหะของประจุ () ขนาดเล็กหลาย ๆ ตัว ซึ่งโดยปกติพาหะจะเป็นอิเล็กตรอน, โฮล, ไอออนหรือทั้งสามอย่าง (ดู การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน) เมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็ก ประจุเหล่านี้ต้องเจอกับแรงหนึ่งที่เรียกว่าแรงลอเรนซ์ เมื่อสนามแม่เหล็กด้งกล่าวหายไป ประจุทั้งหลายจะเรียงตัวตามทิศทาง'เส้นสายตา'ที่เกือบจะเป็นเส้นตรงระหว่างการชนกับสิ่งไม่บริสุทธ์, โฟนัน, ฯลฯ อย่างไรก็ตามเมื่อสนามแม่เหล็กที่มีส่วนประกอบที่ตั้งฉากถูกใส่เข้าไป เส้นทางของพาหะระหว่างการชนจะป็นรูปโค้งเพื่อที่ว่าประจุที่กำลังเคลื่อนที่จะสะสมกันบนด้านใดด้านหนึ่งของวัสดุ ซึ่งจะทำให้มีประจุขั้วตรงข้ามจำนวนที่เท่ากันปรากฏบนอีกด้านหนึ่งของวัสดุซึ่งด้านนี้จะขาดแคลนประจุที่เคลื่อนที่ได้ ผลที่ได้คือการกระจายแบบไม่สมมาตรของความหนาแน่นของประจุทั่ววัสดุนั้น การกระจายดังกล่าวจะเกิดจากแรงหนึ่ง (แกน Y) ที่ตั้งฉากกับทั้งเส้นทางกระแส'เส้นสายตา' (แกน X) และสนามแม่เหล็กที่ใส่ให้ (แกน Z) การแยกตัวของประจุจะทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่ขัดขวางการย้ายถิ่นของประจุตัวต่อไป ดังนั้นศักย์ไฟฟ้าจะมีค่าคงที่นานเท่าที่ประจุยังคงไหลอยู่
โลหะแอลคาไล
สมบัติทางกายภาพและทางเคมีของโลหะแอลคาไลนั้นสามารถูกอธิบายได้ด้วยวงเวเลนซ์ ns ซึ่งอธิบายว่าเมื่อทำปฏิกิริยาแล้ว จะทำให้เกิดพันธะโลหะอย่างอ่อน นอกจากนั้น โลหะแอลคาไลยังเป็นโลหะที่อ่อน มีความหนาแน่น จุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ เช่นเดียวกับความร้อนของการระเหิด การกลายเป็นไอ และการแยกตัว เมื่อโลหะแอลคาไลถูกทำให้เป็นคริสตัลแล้ว จะมีลักษณะโครงสร้างเป็นรูปลูกบาศก์กลางตัว และเมื่อนำโลหะแอลคาไลเผาแล้วจะให้เปลวไฟซึ่งมีสีโดดเด่น เนื่องด้วยอิเล็กตรอนวงนอกสุดค่อนข้างที่จะถูกกระตุ้นได้ง่ายอิเล็กตรอนวงนอกสุดยังมีผลทำให้รัศมีอะตอมและไอออนิกมีค่ามาก เช่นเดียวกับการนำความร้อนและไฟฟ้าซึ่งก็ทำได้มากไปด้วย สมบัติทางเคมีของพวกมันจะหายไปได้ เมื่อโลหะแอลคาไลสูญเสียเวเลนซ์อิเล็กตรอนตัวเดียวไป ซึ่งทำให้มีสถานะออกซิเดชันเป็น +1 เนื่องด้วยความสะดวกที่จะถูกทำให้แตกตัวเป็นไอออน และมีพลังงานไอออไนเซชันลำดับที่สองสูงมาก สมบัติทางเคมีของโลหะแอลคาไล 5 ตัวแรกถูกยืนยันไปส่วนใหญ่แล้ว มีเพียงสมบัติทางเคมีของแฟรนเซียม ที่ไม่สามารถตรวจสอบและบันทึกได้อย่างแม่นยำ เนื่องด้วยความเป็นกัมมันตรังสีสูงมาก ทำให้การตรวจสอบถูกจำกัด
ตารางธาตุ
ธาตุในหมู่เดียวกันจะมีความคล้ายคลึงกันในรัศมีอะตอม พลังงานไอออไนเซชัน และอิเล็กโทรเนกาติวิตี จากธาตุบนสุดของหมู่ลงมาถึงธาตุล่างสุดของหมู่ รัศมีอะตอมจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากมีระดับพลังงานและวาเลนซ์อิเล็กตรอนที่เพิ่มขึ้น โดยมันจะอยู่ห่างจากนิวเคลียสเพิ่มขึ้นด้วยเช่นกัน ในส่วนของพลังงานไอออไนเซชัน ธาตุในหมู่เดียวกันจะมีพลังงานไอออไนเซชันที่คล้ายกัน แต่ธาตุในคาบเดียวกันจากซ้ายไปขวาจะมีพลังงานไอออไนเซชันเพิ่มขึ้น เนื่องจากมันง่ายที่จะดึงอิเล็กตรอนออกไป เนื่องจากอะตอมไม่มีพันธะระหว่างอิเล็กตรอนที่แน่นหนา เช่นเดียวกันอิเล็กโทรเนกาติวิตีจะเพิ่มขึ้นจากบนลงล่าง เนื่องจากธาตุที่อยู่ล่างกว่ามีระยะห่างระหว่างนิวเคลียสกับวาเลนซ์อิเล็กตรอนมากกว่าธาตุที่อยู่ด้านบน แต่ก็ยังมีข้อยกเว้น เช่น ในหมู่ 11 สัมพรรคภาพอิเล็กตรอนจะมีการเพิ่มขึ้นจากล่างขึ้นบน
เรดอน
เรดอนจัดเป็นสมาชิกของกลุ่มธาตุวาเลนซ์เป็นศูย์หรือถูกเรียกว่ากลุ่มก๊าซมีตระกูล ในการดึงอีเล็กตรอนหนึ่งๆออกจากเปลือกต้องใช้พลังงานไอออไนเซชัน 1037 กิโลจูล/โมล เรดอนมีอิเล็กโตรเนกาทิวิตีต่ำกว่าซีนอนอ้างอิงจากตารางธาตุ ดังนั้นจีงเกิดปฏิกิริยาได้มากกว่า
ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก
โดยปกติอิเล็กตรอนนำไฟฟ้าในโลหะนั้นอยู่ในแถบนำไฟฟ้า (conduction band) อิเล็กตรอนเหล่านี้สามารถเคลื่อนที่ในแถบนำไฟฟ้าได้อย่างอิสระ โดยอิเล็กตรอนจะไม่หลุดออกจากโลหะที่อุณหภูมิห้อง ทั้งนี้เนื่องจากแรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสซึ่งมีประจุบวกกับอิเล็กตรอนภายในโลหะ ดังนั้นจึงเปรียบเสมือนกับว่าอิเล็กตรอนอยู่ภายในโลหะโดยมีกำแพงศักย์ (potential barrier) กั้นอยู่ที่ผิวโลหะ ระดับพลังงานสูงสุดที่มีอิเล็กตรอนคือระดับแฟร์มี (fermi level)
ตารางธาตุ
อิเล็กโทรเนกาติวิตีเป็นแรงดึงดูดของอะตอมที่ใช้ดึงอิเล็กตรอนเข้ามา อิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมอะตอมหนึ่ง เป็นผลมาจากเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น และระยะห่างจากนิวเคลียสถึงวาเลนซ์อิเล็กตรอน ยิ่งมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากเท่าไร ความสามารถที่จะดึงดูดอิเล็กตรอนก็มากขึ้นเท่านั้น แนวคิดถูกเสนอครั้งแรกโดยไลนัส พอลลิง ใน พ.ศ. 2475 โดยทั่วไป อิเล็กโทรเนกาติวิตีจะเพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวาตามคาบ และลดลงจากบนลงล่างตามหมู่ เพราะเหตุนี้ ฟลูออรีนจึงเป็นธาตุที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงที่สุด และซีเซียมมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีน้อยที่สุด อย่างน้อยธาตุเหล่านั้นก็ยังมีข้อมูลที่สามารถใช้ยืนยันได้
วิลเฮ็ล์ม วีน
เมื่อ พ.ศ.2439 วิลเฮ็ล์ม วีน ค้นพบกฎการแผ่รังสีของวัตถุดำโดยการทดลอง ซึ่งต่อมาเรียกว่า กฎของวีน เพื่อนร่วมงานของเขาคือ มักซ์ พลังค์ ไม่เชื่อถือการทดลองของวิลเฮ็ล์มจนต้องพยายามใช้ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าและอุณหพลศาสตร์เพื่อสร้างทฤษฎีประกอบผลการทดลอง ได้เป็นกฎของวีน-พลังค์ ซึ่งใช้ได้เฉพาะที่ความถี่สูง ๆ และไม่ถูกต้องที่ความถี่ต่ำ มัคส์ พลังค์พยายามแก้ไข และต่อมาได้เสนอกฎของพลังค์ซึ่งว่า พลังงานแปรผันตรงกับความถี่ของแม่เหล็กไฟฟ้า อันนำไปสู่การพัฒนากลศาสตร์ควอนตัม อย่างไรก็ดีนั้นน กฎของวีนยังมีรูปแบบที่ใช้ได้อยู่คือ formula_1 ซึ่งว่า สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะมียอดที่ความยาวคลื่น "λ" ซึ่งแปรผกผันกับอุณหภูมิ T ต่อมาในปี พ.ศ. 2454 วิลเฮ็ล์ม วีน ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ในฐานะผู้คนพบกฎการแผ่รังสีของวัตถุร้อน
วิลเลียม กิลเบิร์ต
ในหนังสือเล่มนี้ เขายังได้ศึกษาถึงไฟฟ้าสถิต โดยการใช้แท่งอำพัน (อำพัน เป็นยางไม้แข็ง สีเหลืองอมน้ำตาล ในภาษากรีกเรียกว่า เอเล็กตรอน (elektron) ด้วยเหตุนี้ กิลเบิร์ตจึงเรียกปรากฏการณ์ที่ตนค้นพบว่า "electric force" (แรงไฟฟ้า)
เวเลนซ์
สำหรับธาตุหมู่หลัก (main groups) เวเลนซ์ของอะตอมอาจจะเป็นไปได้ตั้งแต่ 1 ถึง 7 ดังตาราง
Klystron
ใน klystron แบบสะท้อน(หรือเรียกว่าหลอดซัตตันตามผุ้นักประดิษฐ์ของมัน, โรเบิร์ต ซัตตัน), ลำอิเล็กตรอนจะผ่านช่องเรโซแนนซ์เพียงช่องเดียว. กลุ่มอิเล็กตรอนจะถูกยิงเข้าไปในปลายด้านหนึ่งของหลอดโดยปืนอิเล็กตรอน. หลังจากผ่านช่องเรโซแนนซ์ พวกมันจะสะท้อนกลับโดยตัวสะท้อนกระจกไฟฟ้าประจุลบเพื่อส่งผ่านไปอีก cavity หนึ่งที่พวกมันจะถูกเก็บรวบรวม. ลำอิเล็กตรอนจะถูกปรับความเร็วเมื่อผ่าน cavity เป็นครั้งแรก. การก่อตัวอัดแน่นของอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้นในพื้นที่ลอยระหว่างตัวสะท้อนและ cavity. แรงดันไฟฟ้าบนตัวสะท้อนต้องมีการปรับเปลี่ยนเพื่อให้มีการรวบที่สูงสุดเมื่อลำอิเล็กตรอนเข้าสู่เรโซแนนซ์ cavity อีกครั้งหนึ่ง, เพื่อให้มั่นใจได้ว่าพลังงานสูงสุดจะถูกถ่ายโอนจากลำอิเล็กตรอนไปยังตัวสั่น RF ใน cavity. แรงดันไฟฟ้าของตัวสะท้อนอาจถูกปรับให้ต่างจากค่าที่ดีที่สุดเล็กน้อย, ซึ่งจะส่งผลให้เกิดการสูญเสีย พลังงานที่ส่งออกบางส่วน, แต่ยังมีผลในการเปลี่ยนแปลงของความถี่ด้วย. ผลกระทบนี้จะถูกนำมาใช้เพื่อประโยชน์ที่ดีสำหรับการควบคุมความถี่อัตโนมัติในเครื่องรับ และในกล้ำสัญญาณแบบความถี่()สำหรับเครื่องส่ง. ระดับของการกล้ำสัญญาณที่ใช้สำหรับการส่งจะมีขนาดเล็กพอที่จะทำให้พลังงานที่ส่งออกมีค่าคงที่. ในค่าที่ห่างไกลจากแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสม, การสั่นจะไม่เกิดขึ้นเลย.
การทดลองของสเติร์น-เกอร์แลค
ในยุคที่ทำการทดลอง แบบจำลองดีที่สุดที่ใช้อธิบายอะตอมคือแบบจำลองของบอร์ ซึ่งบอกว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบๆ นิวเคลียสประจุบวกภายในขอบเขตออร์บิทัลของอะตอมที่แยกเป็นชั้นๆ ตามระดับพลังงาน โดยเหตุที่อิเล็กตรอนถูกควอนไตซ์ให้มีตำแหน่งที่แน่นอนในอวกาศ การแบ่งแยกเป็นระดับชั้นพลังงานที่แยกกันนี้จึงเรียกว่าเป็นการควอนไตซ์ในอวกาศ (space quantization) การทดลองของสเติร์น-เกอร์แลคต้องการทดสอบสมมุติฐานของบอร์-ซอมเมอร์เฟลด์ว่าทิศทางของโมเมนตัมเชิงมุมของอะตอมธาตุเงินนั้นควอนไตซ์จริงหรือไม่
กล้องจุลทรรศน์ของไฮเซนเบิร์ก
การที่ผู้สังเกตได้รับภาพจากอิเล็กตรอน นั่นคือลำแสงไปตกกระทบอิเล็กตรอนแล้วสะท้อนกลับเข้ามาที่กล้องจุลทรรศน์แล้วผ่านเข้าสู่ตา แต่เรารู้ว่าโฟตอนมีโมเมนตัมมีค่าแปรผันตาม formula_5 เมื่อ formula_6 เป็นค่าคงตัวของพลังค์ ดังนั้นการที่โฟตอนพุ่งชนทำให้อิเล็กตรอนย่อมทำให้เกิดแรงถีบขึ้น ภายหลังเรียกปรากฏการณ์คอมพ์ตัน แต่ขนาดของแรงถีบไม่สามารถทราบได้แน่ชัด และทิศทางที่กระเจิงไปของโฟตอนก็ไม่แน่นอน สุดท้ายจะได้ว่าอิเล็กตรอนมีโมเมนตัมในทิศทาง formula_1 คลาดเคลื่อนดังนี้
ตารางธาตุ
ใน พ.ศ. 2401 นักเคมีชาวเยอรมัน ออกุสต์ คีคูเล สังเกตว่าคาร์บอนส่วนใหญ่มักจะอยู่ในรูปของอะตอมสี่ตัวทำพันธะต่อกัน เช่น มีเทน ซึ่งมีอะตอมคาร์บอน 1 ตัวและอะตอมของไฮโดรเจน 4 ตัว แนวคิดในลักษณะนี้ภายหลังรู้จักกันว่าเป็นเวเลนซ์ ซึ่งระบุไว้ว่าพันธะของธาตุต่างชนิดกันก็มีจำนวนอะตอมต่างกันด้วย
เวเลนซ์
นิยามตามหนังสือเล่มสีทอง (Gold Book) ของสหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC) ได้ให้นิยามคำว่าเวเลนซ์ว่า "เวเลนซ์ คือ จำนวนอะตอมยูนิเวเลนซ์ (มีที่มาจากอะตอมไฮโดรเจนหรืออะตอมคลอรีน) สูงสุดที่อาจรวมกับอะตอมหนึ่งๆของธาตุที่กำลังพิจารณา โดยที่อะตอมของธาตุนั้นๆจะสามารถถูกแทนที่ได้"
แฟรนเซียม
แฟรนเซียม () เป็นธาตุที่มีเลขอะตอม 87 สัญลักษณ์ Fr แฟรนเซียมเคยเป็นที่รู้จักในชื่อ เอคา-ซีเซียม และ แอกทิเนียม K มันเป็นหนึ่งในสองธาตุที่มีอิเล็กโตรเนกาติวิตีต่ำที่สุด อีกหนึ่งคือ ซีเซียม แฟรนเซียมเป็นกัมมันตรังสีอย่างสูง สามารถสลายไปเป็นแอสทาทีน เรเดียม และเรดอนได้ ด้วยที่มันเป็นโลหะแอลคาไล มันจึงมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว
อิเล็กทรอนิกส์กำลัง
การแปลงไฟฟ้า DC ให้เป็น AC เป็นการแปลงแบบไม่มีส่วนเคลื่อนไหว มันทำงานด้วยอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ไฟฟ้า ซึ่งเป็นแบบเซมิคอนดักเตอร์ที่ควบคุมได้อย่างเต็มที่ รูปคลื่นที่เอาต์พุตจึงมีค่าไม่ต่อเนื่อง ทำให้เกิดการแปลงที่รวดเร็วแทนที่จะเป็นการแปลงอย่างราบรื่น ความสามารถในการสร้างรูปคลื่นใกล้เคียงกับรูปซายน์ที่มีความถี่ใกล้ๆความถี่พื้นฐานจะถูกบังคับโดยใช้เทคนิคการมอดดูเลชั่นที่มีการควบคุมเมื่อ, และตลอดเวลาที่, ลิ้นไฟฟ้าเปิดและปิด เทคนิคการมอดดูเลชั่นธรรมดาจะได้แก่ carrier-based technique หรือ pulse-width modulation, space-vector technique และ selective-harmonic technique
โวลเตจ
แรงดันไฟฟ้าเป็นพลังงานศักย์ไฟฟ้าต่อหน่วยประจุ มีหน่วยวัดเป็นจูลต่อคูลอมบ์ (= โวลต์) มันก็มักจะหมายถึง "ศักย์ไฟฟ้า" ด้วยเช่นกัน ซึ่งมันจะต้องแตกต่างจากพลังงานศักย์ไฟฟ้าโดยการสังเกตว่า "ศักย์" เป็นปริมาณ "ต่อหน่วยประจุ" เช่นเดียวกับพลังงานศักย์กล ศักย์ที่เป็นศูนย์สามารถถูกเลือกที่จุดใด ๆ ก็ได้ ดังนั้นความแตกต่างในแรงดันไฟฟ้าเป็นปริมาณที่มีความหมายทางกายภาพ ความแตกต่างในแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้เมื่อมีการเคลื่อนที่จากจุด A ไปยังจุด B จะเท่ากับงานที่จะต้องทำ ต่อหน่วยประจุ ต้านกับสนามไฟฟ้าที่จะเคลื่อนย้ายประจุจาก A ไป B. แรงดันไฟฟ้าระหว่างปลายทั้งสองข้างของเส้นทางหนึ่งเป็นพลังงานทั้งหมดที่จำเป็นในการเคลื่อนย้ายประจุไฟฟ้าขนาดเล็กไปตามเส้นทางนั้น หารด้วยขนาดของประจุ ตามการคำนวนนี้จะถูกแสดงเป็น เส้นผลรวม ของ สนามไฟฟ้า และอัตราเวลาของการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กไปตามเส้นทางนั้น ในกรณีทั่วไปทั้งสนามไฟฟ้าแบบคงที่ (ไม่เปลี่ยนแปลง) และสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแบบไดนามิก (เปลี่ยนตามเวลา) จะต้องถูกรวมอยู่ในการกำหนดแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุด
กลศาสตร์ดั้งเดิม
ซึ่ง f คือความถี่ของอนุภาคประจุ (เช่น อิเล็กตรอน) ในกลศาสตร์ดั้งเดิมด้วยพลังงานจลน์ "T" และมวลที่อยู่นิ่ง "m" วิ่งวนอยู่รอบสนามแม่เหล็ก ซึ่งมวลที่อยู่นิ่งของอิเล็กตรอนมีค่าเท่ากับ 511 keV ดังนั้นความถูกต้องความถี่ของอิเล็กตรอนเท่ากับร้อยละ 1 ของท่อแม่เหล็กสูญญากาศด้วยกระแสตรงที่มีค่าความต่างศักย์ 5.11 kV
ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก
ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก () เป็นปรากฏการณ์ที่อิเล็กตรอนหลุดออกจากสสาร " (เรียกสสารเหล่านี้ว่า โฟโตอีมิสสีฟ) " เมื่อสสารนั้นสัมผัสกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูง " (ความยาวคลื่นต่ำ พลังงานสูง เช่น รังสีอัลตราไวโอเล็ต) " และเรียกอิเล็กตรอนที่หลุดออกมาว่า โฟโตอิเล็กตรอน ปรากฏการดังกล่าวค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชื่อไฮน์ริช เฮิร์ตซ์ ในปี พ.ศ. 2430
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)
ประวัติศาสตร์ฟิสิกส์
แม้ว่ากระบวนการเกิดขึ้นจากการประดิษฐ์เครื่องไซโคลตรอน โดยเออร์เนสต์ ลอว์เรนซ์ ในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 1930 ฟิสิกส์นิวเคลียร์ในช่วงหลังสงครามเข้าสู่ช่วงของสิ่งที่นักประวัติศาสตร์เรียกว่า "Big Science" ซึ่งต้องการเครื่องเร่งและเครื่องตรวจจับอนุภาคที่ราคาสูงลิ่ว กับห้องปฏิบัติการร่วมขนาดใหญ่เพื่อทดสอบและเปิดสู่ขอบเขตใหม่ ผู้อุปถัมภ์หลักของฟิสิกส์กลายเป็นรัฐบาลกลางผู้รู้ว่าการสนับสนุนงานวิจัย "พื้นฐาน" บางครั้งก็สามารถนำมาสู่เทคโนโลยีที่มีค่าทางทหารหรืออุตสาหกรรม กระทั่งช่วงท้ายคริสต์ศตวรรษที่ยี่สิบ ด้วยความร่วมมือของชาติยุโรปทั้ง 20 ชาติ CERN กลายเป็นห้องปฏิบัติการทางฟิสิกส์อนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลก
อิเล็กตรอนโวลต์
หน่วยอิเล็กตรอนโวลต์ได้รับการยอมรับ (แต่ไม่แนะนำ) ให้ใช้กับระบบ SI หน่วยนี้ได้ถูกใช้อย่างแพร่หลายในวงการโซลิดสเตต ปรมาณู นิวเคลียร์ และฟิสิกส์อนุภาค และมักใช้ร่วมกับตัวนำหน้าหน่วย m k M หรือ G
พอล ดิแรก
ซึ่งสมการดังกล่าวเป็นที่มาและอธิบายพฤติกรรมของปฏิอนุภาค โดยพบว่าจากการแก้สมการจะได้คำตอบที่เป็นไปได้อย่างทัดเทียมกัน 2 คำตอบ และได้ประกาศ ในปี ค.ศ.1931 ว่า อิเล็กตรอน มี 2 ชนิด คือ ชนิดมีประจุไฟฟ้าลบ ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดี และชนิดใหม่มีประจุไฟฟ้าบวก จากนั้นอิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าบวกก็ถูกค้นพบจริงจากการทดลอง ผู้ค้นพบปฏิอนุภาคของอิเล็กตรอน หรือ โปสิตรอน คือ คาร์ล เดวิด แอน เดอร์สัน (Carl David Anderson) ในปี ค.ศ.1932 จากการศึกษารังสีคอสมิก โดยเขาเคยได้เสนอชื่อเรียกอนุภาคอิเล็กตรอนที่คุ้นเคยกันดี ซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นลบว่า เนกาตรอน (Negatron) แต่ไม่เป็นที่นิยมเรียกกันชื่อนี้จึงเลือนหายไป
อิเล็กโตรเนกาทิวิตี
เมื่อ พลังงานพันธะ, "E" ของพันธะ A–B, A–A และ B–B ในหน่วย อิเล็กตรอนโวลต์, ค่า (eV) แสดงเพื่อเลี่ยงการพิจารณาหน่วย เช่น ความต่างของอิเล็กโทรเนกาทิวิตีโดยเพาลิงระหว่างไฮโดรเจนและโบรมีน เท่ากับ 0.73 (พลังงานพันธะ: H–Br, 3.79 eV; H–H, 4.52 eV; Br–Br 2.00 eV)
ไฟฟ้า
สนามไฟฟ้าถูกกำหนดอย่างเป็นทางการเป็นแรงที่กระทำต่อหน่วยประจุ แต่แนวคิดของศักย์ไฟฟ้าจะช่วยให้คำนิยามมีประโยชน์มากขึ้นและเทียบเท่า: สนามไฟฟ้าคือการไล่ระดับของศักย์ไฟฟ้า มักจะมีค่าเป็นโวลต์ต่อเมตร ทิศทางเวกเตอร์ของสนามจะเป็นเส้นของความลาดชันที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของศักย์ไฟฟ้า และเป็นจุดที่ equipotentials วางตัวอยู่ด้วยกันและใกล้กันที่สุด
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน () เป็นชนิดของกล้องจุลทรรศน์แบบหนึ่งที่ใช้อิเล็กตรอนที่ถูกเร่งความเร็วเป็นแหล่งที่มาของการส่องสว่าง เนื่องจากอิเล็กตรอนมีความยาวคลื่นสั้นกว่าโฟตอนของแสงที่มนุษย์มองเห็นได้ถึง 100,000 เท่า กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจึงมีกำลังขยายสูงกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและสามารถเปิดเผยให้เห็นโครงสร้างของวัตถุที่มีขนาดเล็กมากๆได้ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านสามารถให้รายละเอียดได้สูงถึง 50 picometre และมีกำลังการขยายได้ถึงประมาณ 10,000,000 เท่า ขณะที่ส่วนใหญ่ของกล้องจุลทรรศน์แบบแสงจะถูกจำกัดโดยการเลี้ยวเบนของแสงที่ให้ความละเอียดประมาณ 200 นาโนเมตรและกำลังขยายที่ใชการได้ต่ำกว่า 2000 เท่า
โวลเตจ
แรงดันไฟฟ้า () หรือ ความต่างศักย์ไฟฟ้า (), หรือ โวลเทจ หรือ แรงตึงไฟฟ้า (), หรือ ความดันไฟฟ้า () (สัญลักษณ์ หรือ )) คือความแตกต่างในพลังงานศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดต่อหน่วยประจุไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดจะมีค่าเท่ากับงานที่ทำต่อหน่วยประจุต้านกับสนามไฟฟ้าคงที่เพื่อเคลื่อนย้ายประจุระหว่างจุดสองจุดและมีการวัดในหน่วยเป็น "โวลต์" (จูลต่อคูลอมบ์)
เซลล์กัลวานี
เซลล์กัลวานีมักจะถูกใช้เป็นแหล่งที่มาของพลังงานไฟฟ้า โดยธรรมชาติของมัน มันจะผลิตไฟฟ้ากระแสตรง เซลล์เวสตันมีแอโหนดที่ประกอบด้วยแคดเมียม ปรอท อมัลกัม และแคโทดที่ประกอบด้วยปรอทบริสุทธิ์ มีอิเล็กโทรไลต์เป็นสารละลายแคดเมียมซัลเฟต (อิ่มตัว) มี depolarizer เป็นซัลเฟตปรอท เมื่อสารละลายอิเล็กโทรไลต์อิ่มตัว แรงดันไฟฟ้าของเซลล์เป็นสิ่งที่สามารถผลิตขึ้นซ้ำได้เป็นอย่างดี ด้วยเหตุนี้ในปี 1911 มันเป็นถูกกำหนดให้เป็นมาตรฐานระหว่างประเทศสำหรับแรงดันไฟฟ้า
พันธะโคเวเลนต์
พันธะโคเวเลนต์ () คือพันธะเคมี ภายในโมเลกุลลักษณะหนึ่ง พันธะโคเวเลนต์เกิดจากอะตอมสองอะตอมใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนหนึ่งคู่หรือมากกว่าร่วมกัน ทำให้เกิดแรงดึงดูดที่รวมอะตอมเป็นโมเลกุลขึ้น อะตอมมักสร้างพันธะโคเวเลนต์เพื่อเติมวงโคจรอิเล็กตรอนรอบนอกสุดให้เต็ม ดังนั้น อะตอมที่สร้างพันธะโคเวเลนต์จึงมักมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนอยู่มาก เช่น ธาตุหมู่ VI และหมู่ VII เป็นต้น พันธะโคเวเลนต์แข็งแรงกว่าพันธะไฮโดรเจนและมีความแข็งแรงพอ ๆ กับพันธะไอออนิก
ไฟฟ้า
วัฒนธรรมโบราณรอบ ๆ ทะเลเมดิเตอร์เรเนียนจะรู้จักวัตถุบางอย่าง เช่นแท่งอำพัน เมื่อนำมาขัดถูกับขนแมว มันสามารถดึงดูดวัตถุที่เบาเช่นขนนก เธลีสแห่งมิเลทัสได้ทำข้อสังเกตหลายอย่างเกี่ยวกับไฟฟ้าสถิตราว 600 ปีก่อนคริสตกาล จากข้อสังเกตเหล่านั้นเขาเชื่อว่าการเสียดสีทำให้เกิดแม่เหล็กบนอัมพัน ซึ่งต่างกับสินแร่อื่นเช่นแมกนีไทต์ที่ไม่ต้องขัดถู เธลีสผิดที่เชื่อว่าการดึงดูดเกิดจากแม่เหล็ก แต่วิทยาศาสตร์ต่อมาจะพิสูจน์ความเชื่อมโยงระหว่างแม่เหล็กและไฟฟ้า ตามทฤษฎีที่ขัดแย้งกัน ชาวพาเทียนอาจมีความรู้เกี่ยวกับการชุบด้วยไฟฟ้ามาก่อน เมื่ออ้างถึงการค้นพบแบตเตอรี่แบกแดดที่คล้ายคลึงกับเซลล์กัลวานีในปี ค.ศ. 1936 แม้จะยังไม่แน่นอนว่าสิ่งประดิษฐ์ที่ได้จะเป็นไฟฟ้าในธรรมชาติหรือไม่