لماذا سميت الاشعه المهبطيه بهذا الاسم
في الفترة الأخيرة من القرن التاسع عشر، بدأ العلماء في تجربة وضع جهد عال بين قطبين موجودين داخل أنبوب زجاجي يحتوي على غاز منخفض الضغط، وبين القطبين كان هناك قطب موجب وآخر سالب. وعندما تدفقت الأشعة الضوئية بين القطبين، تم رصدها كظل يشبه الظل الذي يلقيه شيء ما في ضوء الشمس، وتم اكتشاف أن هذه الأشعة تنبعث من القطب السالب. واكتشف العلماء فيما بعد أن هذه الأشعة تتكون من جسيمات صغيرة سالبة الشحنة تسمى الإلكترونات، وأن الأنابيب المفرغة كانت تحتوي على هذه الأشعة. وكانت أجهزة التلفزيون التي تستخدم أنابيب مفرغة معقدة لمدة تقريبا 30 عاما، وأصبحت أنابيب شعاع المهبطي جزءا من الأجهزة الإلكترونية للأنابيب المفرغة.
ما معنى الاشعة المهبطية
تعد الأشعة المهبطية تيارا من الإلكترونات يترك القطب السالب، داخل أنبوب تفريغ يشتمل على غاز عند ضغط منخفض، أو إلكترونات منبعثة من خيوط ساخنة داخل أنابيب إلكترون محددة. تنتج الأشعة المهبطية التي تتركز على هدف صعب يعرف بمضاد الكاثود، إما أشعة سينية أو تتركز على جسم صغير داخل فراغ وتسبب درجات حرارة عالية جدا، وهو فرن الأشعة المهبطية. عندما تتصادم أشعة الكاثود مع الجزيئات الموجودة داخل تغطية شاشة الكاثود، يتم إطلاق الجزيئات وبالتالي الضوء من الشاشة. يتسبب هذا التأثير، عندما يتم توجيه الأشعة المهبطية من خلال المجالات الكهربائية أو المغناطيسية، في ظهور جهاز الأشعة المهبطية (أنبوب الكاثود). يستخدم أنبوب الصورة التلفزيونية والرادار لمراقبة التغيرات والقيم للجهد أو التيار المتناوب.
ما هي خصائص الاشعة المهبطية
- الخاصية 1: تنتقل الأشعة المهبطية في خط مستقيم ويمكن أن تلقي بظلال حادة.
- الخاصية 2: الأشعة المهبطية مشحونة سالباً.
- الخاصية 3: تؤثر الأشعة المهبطية على المجال الكهربائي والمغناطيسي.
- الخاصية 4: تُنتج الشحنة الكهربائية من القطب السالب وتنتقل إلى القطب الموجب داخل أنبوب مفرغ.
- الخاصية 5: خصائص الأشعة المهبطية لا تعتمد على الأقطاب الكهربائية والغازات المستخدمة داخل الأنبوب المفرغ.
- الخاصية 6: الأشعة المهبطية بطيئة عن الضوء.
- الخاصية 7: تسخن الأجسام التي تصطدم بالأشعة المهبطية.
- الخاصية 8: يمكن أن تخترق الصفائح المعدنية الرقيقة.
- خاصية 9: يتوهج الفوسفور مع سقوط المهبطية عليها.
- الخاصية 10: يتأين الغاز بالأشعة المهبطية.
- الخاصية 11: وهي أشعة أخف 1800 مرة من الهيدروجين، إنها العنصر الأخف.
أهم استخدام للاشعة المهبطية
في المغلف أو حاوية
رأى معظم الناس أنبوب الأشعة المهبطية أو صورة منه، وربما يكون أنبوب الصورة الموجود داخل جهاز التلفزيون هو الشكل الأكثر شيوعا لأنبوب الأشعة المهبطية، ويعرف الغلاف الخارجي الذي يمنح أنبوب الصورة صورته المميزة باسم غلاف أنبوب الأشعة المهبطية، وغالبا ما يتم صنع الغلاف من الزجاج على الرغم من أنه يمكن استخدام الأنابيب المعدنية أو السيراميك لأغراض خاصة. يتكون أنبوب الأشعة المهبطية الزجاجي من القسم الأسطواني ومسدس الإلكترون وأنظمة التركيز والانحراف، ويتوسع الأنبوب ليصبح شكلا مخروطيا، وفي النهاية، يتوفر شاشة العرض على الجزء العريض المسطح للمخروط.
البندقية الالكترونية
يتكون المدفع الإلكتروني من ثلاثة أجزاء أساسية، حيث يكون الجزء الأول هو الكاثود، وهو قطعة معدنية تطلق الإلكترونات عند تسخينها، ومن بين الكاثودات الأكثر استخداما يتم صنعها من معدن السيزيوم، والذي ينتمي إلى عائلة القلويات التي تتخلص من الإلكترونات بسهولة كبيرة. عندما يتم تسخين كاثود السيزيوم إلى درجة حرارة تقدر بحوالي 1750 درجة فهرنهايت أو 954 درجة مئوية، يبدأ في إطلاق تيار من الإلكترونات. يتم تسريع هذه الإلكترونات بعد ذلك من خلال الأنود (القطب الموجب) الموضوع بالقرب من الكاثود، حيث تمر الإلكترونات عبر ثقب صغير في الأنود الموجب إلى مركز أنبوب الاشعة المهبطية.
أنظمة التركيز والانحراف
في ظروف طبيعية، يتجه شعاع الإلكترون الذي يتم ضخه من مدفع الإلكترون المذكور أعلاه إلى التوسع لتشكيل حزمة على شكل مخروط، ومع ذلك، يتطلب أن يكون الشعاع الذي يصطدم بالشاشة ضيقا ومحددا بوضوح، من أجل تشكيل الشعاع الإلكتروني بشكل صحيح، يمكن استخدام عدسة كهربائية أو مغناطيسية مشابهة للعدسة البصرية بجانب القطب المتسارع، وتتكون العدسة من مجموعة من الحقول الكهربائية أو المغناطيسية التي يتدفق من خلالها الإلكترونات، تماما كما يتصور العدسة الزجاجية تمر الأشعة الضوء عبرها.
شاشات العرض
يحدث تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية عندما تصطدم الإلكترونات بمادة معينة تسمى الفوسفور، والفوسفور هو مركب كيميائي يضيء عند تعرضه للطاقة الكهربائية، ويتم استخدام مركب الكبريتيد الزنك كفوسفور، وعندما يتعرض للإلكترونات ينتج توهجا أخضرا، ويعتمد لون الفوسفور الذي ينبعث عنه على وجود كميات صغيرة من الشوائب، فمثلا يعطي الكبريتيد الزنك مع الفضة كشوائب توهجا أزرق ومع النحاس يعطي توهجا أخضر.
نبذة عن تجربة J.J. Thomson
تجربة طومسون في أنابيب الأشعة المهبطية وصلت إلى فكرة أن الجسيمات داخل حزم الكاثود يجب أن تكون سالبة لأنها تتنافر مع عناصر سالبة الشحنة، سواء الكاثود أو لوحة سالبة الشحنة داخل أنبوب الأشعة المهبطية، وتجتذب العناصر الموجبة الشحنة، وأطلق على هذه الجزيئات الصغيرة جدا من الذرة اسم “الإلكترونات”، من خلال تجاربه، دحض طومسون نظرية دالتون الذرية، لأن نظرية دالتون الذرية أشارت إلى أن الذرات تعتبر أصغر جزء في المادة في الكون وأنها لا تمكن التجزئة، ومن الواضح أن وجود الإلكترونات يبطل هذه الأجزاء داخل نظرية دالتون الذرية، فالتفاعل يحدث في أنبوب كروكس حيث يتم توصيل قطبين بمصدر جهد عال وشاهد تومسون انبعاث الأشعة المهبطية، استخدم طومسون إعدادا تجريبيا مشابها لاكتشاف أول جسيم غير ذري، وتعلم ما يمكن تحديده بشأن تيار الجسيمات التي كانت تسمى الأشعة المهبطية.
ما هي تجربة أنابيب كروكس
خلال فترة السبعينيات من القرن التاسع عشر، تمكن العالم الفيزيائي البريطاني ويليام كروكس وغيره من تفريغ الأنابيب المتخلخلة إلى ضغط أقل من 10-6 ضغط جوي. كانت تلك الأنابيب المعروفة بأنابيب كروكس. لاحظ فاراداي أولا وجود مساحة مظلمة أمام الكاثود مباشرة، حيث لم يكن هناك توهج، وأطلق عليها اسم الفضاء المظلم الكاثود، أو الفضاء المظلم فاراداي، أو الفضاء المظلم كروك.
اكتشف كروكس أنه يمكن ضخ المزيد من الهواء خارج الأنابيب، ويمكن نشره في مساحة فاراداي المظلمة في الجزء السفلي من الأنبوب من الكاثود إلى الأنود، مما يجعل الأنبوب مظلما تماما، ولكن عندما يصل الهواء إلى الطرف الموجب للأنبوب، يبدأ الأنبوب في الإضاءة، وذلك لأن الإلكترونات يمكنها الآن التحرك بعيدا قبل التصادم مع ذرات الغاز، وفي النهاية يمكن لمعظم الإلكترونات التحرك بشكل مستقيم من القطب السالب إلى نهاية الأنود دون التصادم.
