ما هي الاشعة المهبطية ؟.. وخصائصها .. وفيما تستخدم
لماذا سميت الاشعه المهبطيه بهذا الاسم
في الفترة الأخيرة من القرن التاسع عشر، بدأ العلماء في تجربة لوضع جهد عالي بين قطبين موجودين داخل أنبوب
زجاج
ي وكان فيه غاز منخفض الضغط، وما بين القطبين، كان القطب الموجب والقطب السالب، فتتدفقت أشعة شبحية من الضوء، وعن طريق وضع شيء بين الأقطاب الكهربائية التي يستلزم أن يتدفق منها الأشعة في الماضي، وجد أن الاشعة قادمة من القطب
سالب،
بسبب
الظل
المدلى به في نهاية القطب وهو يشبه إلى حد ما أن شيء يقف في
ضوء الشمس
ومعرفة اتجاه الشمس بالظلال التي تلقيها، ومن هنا أطلق عليها اسم الاشعة المهبطية والأنبوب الزجاجي المغلق مع أقطابها، الأنبوب اثبت الأشعة المهبطية، أظهرت التجارب اللاحقة لتمرير “الأشعة” من المجالات الكهربائية والمغناطيسية أنها في الحقيقة جسيمات صغيرة سالبة الشحنة، وهي عرفت باسم “الإلكترونات”، وقد استمر اسم “أنبوب شعاع المهبطي” وكان جزءًا من الأجهزة الإلكترونية للأنابيب المفرغة، وقد كانت أجهزة التلفزيون حتى ما يقرب من 30 عامًا تقريبًا عبارة عن أنابيب مفرغة معقدة جداً.[2]
ما معنى الاشعة المهبطية
الاشعة المهبطية تعتبر تيار من الإلكترونات يترك القطب السالب، داخل أنبوب تفريغ يشتمل على غاز عند ضغط منخفض، أو إلكترونات منبعثة من خيوط ساخنة داخل أنابيب إلكترون محددة، الأشعة المهبطية التي تركز على هدف صعب ما يعرف بمضاد الكاثود ينتج عنه أشعة سينية أو تركز على جسم صغير داخل فراغ يسبب درجات حرارة عالية جدًا وهو فرن أشعة مهبطية، حين تصطدم أشعة الكاثود مع الجزيئات المستعملة داخل تغطية شاشة الكاثود، فإنها تؤدي لإصدار الجزيئات ومن ثم الشاشة حتى الضوء، أن هذا التأثير حين يرتبط بالانحراف المتحكم فيه لأشعة مهبطية من خلال المجالات الكهربائية أو المغناطيسية، يتسبب في ظهور راسم الأشعة المهبطية (أنبوب أشعة الكاثود)، ولمراقبة التغيرات والقيم للجهد أو التيار المتناوب وأنبوب الصورة التلفزيون والرادار.[1]
ما هي خصائص الاشعة المهبطية
- الخاصية 1: تنتقل الأشعة المهبطية في خط مستقيم ويمكن أن تلقي بظلالها الحادة.
- الخاصية 2: الأشعة المهبطية مشحونة سالباً.
- الخاصية 3: ينحرف المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي الأشعة المهبطية.
- الخاصية 4: يتم إنتاجها من القطب السالب أي القطب السالب الشحنة كما تنتقل إلى القطب الموجب أي القطب الموجب الشحنة داخل أنبوب مفرغ.
- الخاصية 5: لا تقوم خصائص الأشعة المهبطية على الأقطاب الكهربائية والغازات المستعملة 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، فهي أخف عنصر.[3]
أهم استخدام للاشعة المهبطية
في المغلف أو حاوية
لقد رأى أغلب الناس أنبوب الأشعة المهبطية أو صور أحدها، فربما يكون “أنبوب الصورة” داخل جهاز التلفزيون هو الشكل الأكثر انتشاراً لأنبوب لأشعة المهبطية، فالغلاف الخارجي الذي يمنح أنبوب الصورة صورته المميزة ويعرف غلاف أنبوب الأشعة المهبطية، في الاغلب يكون الغلاف مصنوعًا من الزجاج، وعلى الرغم من أنه يمكن أيضًا استعمال الأنابيب المعدنية والسيراميك لأغراض خاصة، فيتكون أنبوب الأشعة المهبطية الزجاجي من القسم الأسطواني وبه مسدس الإلكترون وأنظمة التركيز والانحراف، وفي الاخير الجزء الأسطواني الأبعد عن مدفع الإلكترون، ويتوسع الأنبوب ليكون شكلًا مخروطيًا، وفي النهاية العريضة المسطحة للمخروط تتوافر شاشة العرض.
البندقية الالكترونية
المدفع الإلكتروني مكون من ثلاثة أجزاء اساسية، الأول هو الكاثود، وهو قطعة معدنية تضح الإلكترونات حين تسخينها، وأحد أكثر الكاثودات انتشاراً في الاستخدام مصنوع من معدن السيزيوم، وهو من عائلة القلويات التي تتخلص من الإلكترونات ببساطة شديدة، فحين يتم تسخين كاثود السيزيوم لدرجة حرارة حوالي 1750 درجة فهرنهايت أو 954 درجة مئوية، فإنه يشرع في ضخ تيار من الإلكترونات، فيتم تسريع هذه الإلكترونات بعد هذا من خلال بواسطة أنود (قطب موجب الشحنة) يوضع على مسافة
قصيرة
من الكاثود، في تسريع الإلكترونات، تمر عبر ثقب صغير في القطب الموجب إلى مركز أنبوب الاشعة المهبطية.
أنظمة التركيز والانحراف
في خلال الظروف العادية، يميل شعاع الإلكترون الذي يضخه مدفع الإلكترون الموصوف أعلاه إلى توسيع لتشكيل حزمة مخروطية الشكل، ومع هذا، يستلزم أن يكون الشعاع الذي يصدم في الشاشة العرض نحيفًا ومحدّدًا بوضوح، من أجل تشكيل شعاع الإلكترون بالشكل السليم، يمكن عمل عدسة كهربائية أو مغناطيسية، شبيهة بالعدسة البصرية، بجانب القطب المتسارع، وتتكون العدسة من مجموعة من المجالات الكهربائية أو المغناطيسية التي تكون تدفق الإلكترونات التي تسير عبرها، تمامًا كما تصور العدسة الزجاجية أشعة الضوء التي يسير عبرها.
شاشات العرض
يتم التحويل الحقيقي للطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية من خلال شاشة العرض حين تصطدم الإلكترونات مع مادة وهي باسم الفوسفور، فالفوسفور
مادة كيميائية
متوهجة حين تتعرض للطاقة الكهربائية، الفوسفور معروف للاستخدام هو مركب كبريتيد
الزنك
، حين يضرب شعاع إلكتروني كبريتيد الزنك النقي، فإنه يمنح توهجًا أخضر، فيقوم اللون الدقيق المنبعث من الفوسفور أيضًا على توفر كميات صغيرة من الشوائب، فعلى سبيل المثال، يعطي كبريتيد الزنك مع معدن الفضة كشوائب وهجًا مزرقًا ومع معدن النحاس كشوائب، وهج مخضر.[4]
نبذة عن تجربة J.J. Thomson
تجربة طومسون في أنابيب الأشعة المهبطية وتوصل إلى فكرة أن الجسيمات داخل حزم الكاثود يجب أن تكون سالبة لأنها تتنافر من عناصر سالبة الشحنة، إما الكاثود أو لوحة سالبة الشحنة داخل أنبوب بالاشعة المهبطية، وتنجذب العناصر الموجبة الشحنة، وقد أطلق على هذه القطع الصغيرة جدًا من الذرة اسم “الإلكترونات”، عن طريق تجاربه، دحض طومسون نظرية دالتون الذرية، لأن نظرية دالتون الذرية ذكرت أن الذرات تعتبر أصغر جزء من المادة في الكون وأنها لا تقبل التجزئة، من الواضح أن توفر الإلكترونات وأبطل هذه الأجزاء داخل نظرية دالتون الذرية، فالتفاعليةتكون في أنبوب كروكس يتم توصيل قطبين بمصدر جهد عالي وشاهدهما ينتجان الاشعة المهبطية، استعمل طومسون إعدادًا تجريبيًا مشابهًا لاكتشاف أول جسيم دون ذري، تعرف على ما يمكن تحديده بخصوص تيار الجسيمات التي كانت تسمى الاشعة المهبطية.
ما هي تجربة أنابيب كروكس
خلال سبعينيات القرن التاسع عشر، قد تمكن الفيزيائي البريطاني ويليام كروكس وآخرون من تفضية الأنابيب المتخلخلة إلى ضغط أقل من 10-6 ضغط جوي، كانت تعرف بأنابيب كروكس، وقد كان فاراداي أول من لاحظ تواجد مساحة مظلمة أمام الكاثود مباشرة، حيث لم يكن هناك توهج، أصبح هذا معرفو بالفضاء المظلم الكاثود، الفضاء المظلم فاراداي، أو الفضاء المظلم كروكس.
اكتشف كروكس أنه خلال ضخ المزيد من الهواء خارج الأنابيب، ونشرت على مساحة فاراداي المظلمة في اسفل الأنبوب من الكاثود باتجاه الأنود، حتى يكون الأنبوب مظلمًا تمامًا، ولكن وصولاً للطرف الموجب للأنبوب، يشرع زجاج الأنبوب نفسه في التوهج، وما كان يحدث هو أنه كلما تم ضخ المزيد من الهواء من الأنابيب، يمكن للإلكترونات أن تسير لمسافة أبعد، في المتوسط من قبل أن تصطدم بذرة غاز، ومع حلول
الوقت
الذي كان الأنبوب فيه مظلمًا، يمكن أن تنتقل معظم الإلكترونات في خطوط مستقيمة من القطب السالب إلى نهاية الأنود بدون تصادم.
