لماذا حصلت أشعة الكاثود على هذا الاسم؟ تعتبر الفيزياء من أمتع العلوم على الإطلاق لأنها تفسر الكثير من الظواهر التي نراها حولنا. وتشمل هذه الظواهر الإشعاعات المختلفة المرئية وغير المرئية التي تنطلق من أشعة الكاثود التي نراها في أجهزة التلفزيون القديمة وبعض شاشات أدوات القياس في المختبرات الطبية والفيزيائية. وفي هذا المقال سنتعرف أيضًا على سبب تسمية أشعة الكاثود بهذا الاسم، فتابع معنا.
ما هي أشعة الكاثود؟
أشعة الكاثود أو ما يسمى بأشعة الكاثود عبارة عن تيار من الإلكترونات تنتقل من القطب السالب (الكاثود) في أنبوب تفريغ يحتوي على غاز تحت ضغط منخفض إلى القطب الموجب وهو الأنود والذي من الممكن أن يكون جسيم معدني ويشار إليه أيضًا كمجموعة من الإلكترونات المنبعثة من الخيوط الساخنة في أنابيب إلكترونية معينة. وهي تركز على هدف ثابت (الكاثود المضاد) وتنتج أشعة مرئية تولد درجات حرارة عالية عندما تصطدم هذه الأشعة بجزيئات أخرى في أجهزة القياس الإلكترونية وفي شاشات التلفزيون القديمة حيث تكون الشاشة عبارة عن صندوق فارغ وفي نهايتها عبارة عن جهاز إلكتروني. يقع المدفع الذي يمثل الكاثود أو الكاثود، وفي وسطه توجد صفائح أو أسلاك معدنية على شكل جزيئات، وتصطدم الأشعة التي يصدرها السلاح الإلكتروني بالصفائح والأسلاك المعدنية، مما يؤدي إلى انتشار الضوء الذي ينعكس على شاشة. وبما أن هذه الأشعة تتأثر بالإشعاع المغناطيسي والكهربائي، فإن هذين المجالين… يستخدم المجالان في شاشات أشعة الكاثود لتوجيه مسار هذه الأشعة والتحكم في شدتها، وبالتالي تغيير شدة الضوء الذي يظهر على الشاشة، لذلك ظهور الصور أو الألوان على الشاشة.
انظر ايضا:
لماذا تحمل أشعة الكاثود هذا الاسم؟
أشعة الكاثود هي حزمة من الإلكترونات التي لها خصائص معينة يتم ملاحظتها في أنابيب التفريغ. حصلت أشعة الكاثود على هذا الاسم لأنها تنتقل في خط مستقيم من القطب السالب (أو ما يسمى بالكاثود باللغة العربية والكاثود باللغة الإنجليزية) نحو القطب الموجب (الذي يسمى الأنود باللغة العربية والأنود باللغة الإنجليزية) وقد لوحظ لأول مرة في عام 1859 من قبل الفيزيائيين الألمان يوليوس بلوكر ويوهان فيلهلم هيتورف. وقد أطلق عليها اسم أشعة الكاثود بواسطة يوجين جولدشتاين في عام 1876.
أنبوب أشعة الكاثود
نستخدم حاليًا أنابيب أشعة الكاثود، والتي كانت تسمى سابقًا أنابيب تفريغ الغاز أو أنابيب كروكس. وهي مصنوعة من الزجاج المفرغ مع قطبين معدنيين وغاز متخلخل داخل الزجاج، وبسبب هذا الاختلاف الكبير في الجهد، تبدأ هذه الإلكترونات في الانبعاث من القطب السالب نحو القطب الموجب، مما يؤدي إلى انبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي. أظهرت التجارب التي أجراها العلماء على أنابيب الأشعة الكاثودية أن هذه الأشعة تتأثر بالمجالات الكهربائية والمغناطيسية. ويمكن لهذه المجالات أن تصرفهم عن طريقهم المستقيم، وقد استفاد العلماء من هذه النقطة عند اختراع شاشات التلفاز.
انظر ايضا:
خصائص الأشعة الكاثودية
وبعد أن تعرفت على أشعة الكاثود وسبب تسمية أشعة الكاثود بهذا الاسم، سنسرد لكم في السطور التالية بعض خصائص هذه الأشعة:
- أشعة الكاثود هي شعاع أو تيار يتكون من أعداد كبيرة من الإلكترونات المتحركة.
- أشعة الكاثود مشحونة سلبا.
- تنتقل أشعة الكاثود في خطوط مستقيمة من القطب السالب، المسمى الكاثود، إلى القطب الموجب، المسمى الأنود.
- وتتأثر الأشعة الكاثودية بالمجالات الكهربائية والمغناطيسية، ويمكن لهذه المجالات أن تحيدها عن مسارها المستقيم.
- تتسبب أشعة الكاثود في تسخين الأسطح المصطدمة وإطلاق كمية كبيرة نسبيًا من الحرارة.
- لا تتأثر أشعة الكاثود بنوع الغاز المستخدم في الأنبوب الزجاجي.
- الأشعة الكاثودية لها كتلة وليست مجرد إشعاع، لكن كتلتها صغيرة جدًا.
- يمكن لأشعة الكاثود اختراق الأجسام التي تصطدم بها.
- وأشعة الكاثود سريعة جدًا، ولكنها لا تتجاوز سرعة الضوء.
استخدام أشعة الكاثود
للأشعة الكاثودية استخدامات متعددة في مجالات متعددة، منها:
- تستخدم أشعة الكاثود في أنابيب أشعة الكاثود CRT، والتي تستخدم في شاشات التلفاز وشاشات أجهزة القياس الإلكترونية مثل راسمات الذبذبات.
- تستخدم أشعة الكاثود لإنتاج الأشعة السينية.
- وتستخدم أشعة الكاثود في المجاهر الإلكترونية، والتي تستخدم لفحص تفاصيل الكائنات الحية الدقيقة.
- يتم استخدامه في علوم الإلكترونيات حيث يمكن قياس نسبة الشحنة إلى الكتلة في الإلكترونيات.
انظر ايضا:
اكتشاف أشعة الكاثود
في عام 1838، قام العالم مايكل فاراداي بتطبيق جهد كهربائي عالي بين قطبين معدنيين على طرفي أنبوب زجاجي مهووس جزئيا ولاحظ قوسا غريبا يبدأ عند الكاثود (القطب السالب) وينتهي عند القطب الموجب. في عام 1857، اكتشف الفيزيائي الألماني واستخدم Heinrich Geisler منفاخ الزجاج مضخة محسنة لإضافة المزيد من الهواء ولاحظ أنه بدلاً من القوس كان هناك توهج في الأنبوب. وكان تفسير هذه التأثيرات هو أن الإلكترونات الحرة تتسارع عند الجهد العالي وتكون الذرات (الأيونات) المشحونة كهربائياً موجودة بشكل طبيعي في هواء الأنبوب، وعند الضغط المنخفض تصطدم الإلكترونات الحرة بذرات الغاز الموجودة في الزجاج وتطلق المزيد من الإيجابية حيث يتم إطلاق الأيونات، وهذه الإلكترونات الجديدة تتسبب في إطلاق المزيد من الأيونات والإلكترونات، مما يؤدي إلى التوهج.
اكتشاف الإلكترون
وكانت أشعة الكاثود هي السبب في اكتشاف جسيم جديد يسمى الإلكترون. حتى اكتشاف أشعة الكاثود، كانت الذرات أصغر الجسيمات المعروفة لدى العلماء وكان يعتقد أنها غير قابلة للتجزئة، ولكن ما يحمل التيارات الكهربائية كان لغزا بالنسبة لها وفي الربع الأخير من القرن التاسع عشر أجريت العديد من التجارب التاريخية باستخدام كروكس. تم إجراء الأنابيب لتحديد ماهية أشعة الكاثود، وتم وضع نظريتين تفترضان أنها جسيمات من “مادة إشعاعية” أي أنها ذرات مشحونة كهربائيا، بينما يعتقد العالمان الألمانيان إيلهارد فيدمان وهاينريش هيرتز أن غولدشتاين شك في أنها عبارة عن ذرات مشحونة كهربائيا. شكل جديد من الإشعاع الكهرومغناطيسي.
تم حل الخلاف في عام 1897 عندما قام العالم طومسون بقياس كتلة أشعة الكاثود وأظهر أنها مكونة من جزيئات، لكنها أخف بنحو 1800 مرة من أخف ذرة الهيدروجين. لذلك، لم تكن ذرات، بل جسيم جديد. أول جسيم دون ذري تم اكتشافه، كان يسمى في الأصل “جسيم” ولكنه سمي فيما بعد بالإلكترون وسرعان ما تم التعرف عليه على أنه الجسيم الذي يحمل التيارات الكهربائية في الأسلاك المعدنية ويحمل الشحنة الكهربائية السالبة للذرة.
الفرق بين أشعة الكاثود وأشعة الضوء
على الرغم من أن أشعة الكاثود تتسبب في توهج أنبوب الإشعاع، إلا أنها لا تعتبر إشعاعًا ضوئيًا مرئيًا. وفيما يلي سنوضح لك أوجه التشابه والاختلاف بين أشعة الكاثود والأشعة المرئية:
التشابه:
- أما اتجاه الإشعاع: فإن الأشعة الكاثودية الموجودة داخل الأنابيب تتحرك في خط مستقيم من القطب السالب إلى القطب الموجب. وكذلك إشعاع الضوء يسير في اتجاه مستقيم، والدليل على ذلك تكوين ظلال الأجسام التي يسقط عليها الضوء.
- أما بالنسبة لارتفاع درجة حرارة الأجسام التي يسقط عليها: فكما ذكرنا في الفقرات السابقة من هذا المقال أن أشعة الكاثود تسبب تسخين الأجسام التي تسقط عليها وتزيد من درجة حرارتها، فالضوء يمتلك هذه الخاصية أيضًا، حتى ولو كان تأثير تسخين الضوء أقل من تأثير أشعة الكاثود.
اوجه الاختلاف:
- فيما يتعلق بالكتلة: الأشعة الكاثودية لها كتلة رغم حجمها الصغير جداً، حيث أن وزن الإلكترونات أصغر بـ 1800 مرة من وزن ذرة الهيدروجين، لكنها في النهاية كتلة، بينما الضوء إشعاع عديم الكتلة. لتوضيح الفرق بين الاثنين، يمكننا تشعيع مروحة محمولة بأشعة الكاثود لتدويرها حول محور. تتسبب هذه الأشعة في دوران المروحة، بينما لا يقوم الضوء بذلك.
- وفيما يتعلق بتأثير المجالات الكهربائية والمغناطيسية: تتأثر الأشعة الكاثودية بالمجالات الكهربائية والمغناطيسية لأن هذه المجالات يمكن أن تحيدها عن مسارها المستقيم، بينما الضوء لا يتأثر بالمجالات الكهربائية والمغناطيسية.
وهنا أعزائي زوار موقع تفصاف نأتي معكم إلى نهاية هذا المقال الذي قدمناه لكم بعنوان “لماذا سميت أشعة الكاثود بهذا الاسم” والذي نتعرف فيه على مفهوم أشعة الكاثود وخصائصها وخصائصها وضح لنا لماذا أعطيت هذا الاسم؟ نأمل أن تكون قد استفدت من هذه المقالة. وإلى اللقاء في مقالات أخرى.