بسم الله الرحمن الرحيم
الذرة بين المنطق والتجريب
استخدم طومسون أنبوبة تفريغ كهربي كما يتضح بالشكل، بحيث يحتوي الأنود anode علي ثقب ضيق، كما يحتوي الكاثود علي فتيلة حرارية وبتطبيق فرق جهد عال potential بين الأنود والكاثود يصل إلي عدة الآلاف من الفولت فإن إشعاعاً معيناً ينطلق من الكاثود سمي بأشعة الكاثود يصل في النهاية إلي الأنود، بينما تنفذ حزمة ضيقة من تيار الكاثود خلال الثقب في مسار مستقيم حتى تصطدم في نهاية أنبوبة التفريغ بالحائل الفلورسنتي لتظهر بقعة مضيئة في وسط الشاشة وهو ما أسماه طومسون بالتفسفر الأخضر green phosphorescence.الجزء الرابع
قام طومسون بتعريض أشعة الكاثود لمجالات كهربية ومغناطيسية أدت إلي انحرافها وتغيير مسارها، وكانت من ضمن الأدلة التي أثبت بها طومسون أن الأشعة عبارة عن جسيمات سالبة الشحنة، أن الجسيمات المشحونة هي فقط التي تتأثر بالقوي الكهربية والمغناطيسية، وفى هذه الأثناء اكتشف هرتز Hertz أن أشعة الكاثود تمتلك خاصية تبدو متناقضة مع فكرة الطبيعة الجسيمية لأشعة الكاثود، فلقد وجد أن أنها لها القدرة علي اختراق الشرائح الرقيقة من المعادن، مثل شرائح الذهب الورقية، كما أنها تحدث توهج luminosity عند اصطدامها بالزجاج، وقد علق طومسون علي ذلك بقوله « إنه أشبه باختراق جزيئات غاز للوح صلب » وقد اعتبره طومسون تحد لإثبات صحة نظريته.
وعلي هذا الأساس افترض طومسون أنه عندما يحمل جسيم شحنه مقدارها e ، ويتحرك بسرعة ولتكن v عبر خطوط القوي لمجال مغناطيسي lines of magnetic force، بشرط أن يكون اتجاه خطوط القوي المغناطيسية عمودي بزاوية قائمة علي اتجاه حركة الجسيم، فإذا كانت H هي القوة المغناطيسية magnetic force ، فإن حركة الجسيم سوف تتأثر بقوة مقدارها Hev أي أن:
يكون اتجاه هذه القوة Fm عمودياً علي كلاً من القوة المغناطيسية واتجاه حركة الجسيم، أيضاً إذا كان لدينا مجال كهربي electric field قوته X ، عمودي هو الأخر علي اتجاه حركة الجسيم فإنه سيتأثر بقوة Fe مقدارها Xe أي أن:
وبالتالي فإن الجسيم سينحرف في اتجاه محصلة القوتين، وعند تطبيق هذه الشروط علي أشعة الكاثود، فإنها تستجيب تماماً لهذه التغيرات كما تنبأ بها طومسون، حيث تغير موقع التفسفر الأخضر علي نهاية الأنبوب، مما يدل علي أنها تتكون من جسيمات، ولكن هل توقف طومسون علي هذا الإثبات البسيط المقنع، لقد دعم طومسون هذا الدليل القوي بدليل أقوي، فلقد أعاد طومسون ترتيب المجالين المغناطيسي والكهربي بحيث يضاد اتجاه عمل قوة أي منهما علي الجسيم اتجاه عمل الأخرى، وبتغيير قيم كل من H و X حتى نحصل علي التوازن بين القوتين علي الجسيم، أي انعدام تأثيرهما علي أشعة الكاثود فإن بقعة التفسفر الأخضر تعود إلي موقعها الأصلي، ونحصل علي:
بمعلومية قيم كل من H, X في حالة الاتزان فإننا نستطيع بسهولة عن طريق التعويض المباشر حساب قيمة v ، وهى سرعة جسيمات أشعة الكاثود.
وجد طومسون أنه في أنبوب عالي التفريغ فإن هذه السرعة ستكون قيمتها تعادل ثلث قيمة سرعة الضوء، أي حوالي 60 ألف ميل في الثانية الواحدة، وفى أنابيب مفرغة لدرجة ليست كبيرة فإن هذه السرعة لن تتعدي 5 الآلاف ميل بالثانية، وعليه ففي جميع الحالات فإن سرعة أشعة الكاثود تنتج في أنابيب التفريغ الكهربي بسرعات تفوق كثيراً أي سرعة معروفة في هذا الوقت لأي جسيم آخر معروف حينها، فعلي سبيل المثال كانت سرعة هذه الأشعة أكبر بحوالي عدة الآلاف من المرات من السرعة المتوسطة لجزيئات الهيدروجين – أخف الجسيمات المعروفة في هذا الوقت – في درجات الحرارة العادية أو في أي درجة حرارة استطاعوا الوصول إليها في ذلك الوقت، ولكنها تظل دائما أقل بكثير من سرعة الضوء في الفراغ، مما أعطي طومسون برهان دامغ وقوي علي أن هذه الأشعة لا تتكون من أشعة أثيرية كما اعتقد الألمان، بل تتكون من جسيمات جديدة وخفيفة، أطلق عليها طومسون في بداية الأمر مسمي الكريات corpuscles ، ولذا سمي هذه التجربة بتجربة « كريات الكاثود cathode corpuscles ».
لم يقف طومسون عند هذا الحد بل قام بتعيين الشحنة النوعية للإلكترون The charge-to-mass ratio of electron وهى عبارة عن حاصل قسمة شحنة الإلكترون علي كتلته، ويعتبر هذا الثابت بحق أفضل دليل علمي تجريبي في ذلك الوقت علي وجود الإلكترونات كجسيمات، قام طومسون بإخضاع أشعة الكاثود للمجال الكهربي فقط، في هذه الحالة يكون اتجاه انحراف أشعة الكاثود يعتمد علي اتجاه المجال الكهربي وتشبه هذه الحالة حالة رصاصة تتحرك أفقياً بسرعة v، وتسقط تحت تأثير الجاذبية الأرضية gravity خلال زمن t ، فإن هذه الرصاصة أثناء هذا الزمن تسقط لمسافة، بحيث تكون g عجلة الجاذبية الأرضية gravity acceleration.
في تلك الحالة تنحرف كرية أشعة الكاثود تحت تأثير قوة المجال الكهربي X بعجلة مقدارهابحيث تكون mكتلة الكرية، e الشحنة علي الكرية، ويكون زمن الانحراف t يساوي
بحيث يكون lطول مسار كرية أشعة الكاثود، سرعتها، وبهذا تكون الإزاحة في مكان التفسفر الأخضر dvعند اصطدام الأشعة بالزجاج مقدارها:
وبالتالي يمكننا إيجاد قيمة الإزاحة d وذلك عن طريق القياس المباشر، وبإعادة ترتيب المعادلة السابقة فإننا نحصل علي:
وهى ما أطلقنا عليه الشحنة النوعية لكرية أشعة الكاثود أو الإلكترون كما تمت تسميته بعد ذلك، وهذه القيمة يمكن إيجاد قيمتها بسهولة لأننا نستطيع إيجاد متغيرات الطرف الأخر من المعادلة بالقياس المباشر.
أعاد طومسون تجربته عدة مرات أخري بعدة طرق مختلفة، نذكر منها علي سبيل المثال:
- * عند تعديل شكل الأنبوب وضغط الغاز بداخله.
- * عند زيادة سرعة جسيمات الأشعة بدرجات متفاوتة وكبيرة.
- * عند تغيير نوع مادة الأقطاب داخل الأنبوب.
- * عند تغيير نوع مادة الغاز داخل الأنبوب.
تابعونا في الحلقة القادمة للتعرف علي النتائج التي توصل لها طومسون
علي الرابط التالي
http://www.hazemsakeek.com/vb/showth...764#post167764
___________________________________ _____________________________
الحلقة الأولي
http://www.hazemsakeek.com/vb/showth...%CC%D1%ED%C8-1
الحلقة الثانية
http://www.hazemsakeek.com/vb/showth...%CC%D1%ED%C8-2
الحلقة الثالثة
http://www.hazemsakeek.com/vb/showth...%CC%D1%ED%C8-3
حمل الحلقة الرابعة pdf
http://hazemsakeek.com/up/download.php?id=1967
رد مع اقتباس
المشاركة الأصلية كتبت بواسطة esraa h
مواقع النشر (المفضلة)