أشعة مهبطية
أشعة المهبط أو أشعة الكاثود هي سيل من الأشعة غير المنظورة تنبعث من كاثود أنبوبة تفريغ كهربي ضغط الغاز فيها منخفض يتراوح بين 01. : 001. مم زئبق وفرق الجهد بين قطبي المصدر الكهربي يصل إلى 10000 فولت.
الكشف عن لغز أشعة كاثود
عندما تطرقنا للحديث عن أشعة كاثود (جايسلر ١٨٥٤)، فإنه لم يتم الكشف عن لغز تلك الأشعة الغامضة غير المرئية. فقد بدت وكأنها تتدفق من شريحة مشحونة بشحنة سالبة داخل أنبوب مفرغ تقريبا من الهواء؛ مما تسبب في توهج جدران الأنبوب. لقد انتقلت هذه الأشعة في خطوط مستقيمة مثل الضوء؛ وبذلك يمكنها أن تلقي بظل، ولكنها أيضا من الممكن أن تحرك عجلة وبذلك ربما تكون هذه الأشعة عبارة عن جسيمات. ولكن، كيف يمكن الكشف عن ماهية تلك الجسيمات؟
اعتقد الألمان أن الأشعة كانت صورة غير مرئية من الضوء، ربما مثل الأشعة فوق البنفسجية التي اكتشفها جوهان ريتر عام ١٨٠٢. وظن العلماء الإنجليز بقيادة وليم كروكس أنها عبارة عن جسيمات دقيقة للغاية. وعلى مر السنين، تم تأكيد هذا الدليل وفي النهاية أصبحت هناك إجابة واحدة ممكنة.
فقد تمثل الاكتشاف الرئيسي (وظل هذ معروف لبعض الوقت) في أنه من الممكن اعتراض المسار المستقيم الطبيعي لأشعة كاثود والتسبب في انحنائه بفعل المغناطيسية. فالضوء الموجود في جدران الأنبوب ينحرف عند اقتراب المغناطيس منه. فالمغناطيس لا يؤثر إلا على قطع المغناطيس الأخرى أو قطع الحديد (ولا يوجد أي منها هنا) أو التيارات الكهربية (أورستد - ١٨٢٠). من ثم، يجب أن تشبه أشعة كاثود التيار الكهربي، وهو عبارة جسيمات مشحونة متحركة. إلا أن الضوء وأشكال الاشعاع المشابهة له لا تنحرف بفعل المغناطيس؛ ولذلك، لا يعتد بهذه الفكرة كتفسير.
كإثبات لما سبق ذكره، قام آرثر شوستر رفيق كروكس بتحضير أنبوب أشعة كاثود باستخدام زوج من الأقطاب الإضافية على جانبي مسار الأشعة. وقام بشحن أحدهما بشحنة كهرباء موجبة والآخر بشحنة كهرباء سالبة. فوجد أن المسار قد انحنى مرة أخرى نحو الشريحة الموجبة. ونظرا لأن الشحنات المختلفة تتجاذب، كانت الإجابة واضحة. فقد كانت جسيمات أشعة كاثود مشحونة بشحنة سالبة. واتفق الإنجليز على الرأي نفسه. وقام الألمان بإجراء التجربة نفسها مرة أخرى (على يد العالم هاينريتش هيرتز، مكتشف الموجات اللاسلكية عام ١٨٨٨). ولم تتم ملاحظة أي تأثير، مما بدا في صالح نظريتهم القائلة بإن "أشعة كاثود هي الضوء"، إلا أنهم كانوا مخطئين هذه المرة.
فقد جاءت الحجة القاطعة عام ١٨٩٥، ليس من المعمل البريطاني ولكن من الفرنسي جان بيرين، الذي حصل على جائزة نوبل بعد ذلك في هذا الصدد. فقد اكتشف طريقة يجمع بها أشعة كاثود ويقيس شحنتها الكهربائية بالمكشاف الكهربائي. وبالتأكيد، كانت سالبة. ومن هذه اللحظة، تم الكشف عن لغز أشعة كاثود؛ حيث إنها عبارة عن تدفق جسيمات مشحونة بشحنات سالبة.
تجدر الإشارة هنا إلى أن الوقت في تلك اللحظة قد حان للعالم جوزيف جون طومسون لكي يكشف عن منجزاته في هذا المجال أيضا (١٨٩٧).
خواصها
- تسير في خطوط مستقيمة من المهبط (الكاثود) إلى المصعد (الأنود) تبسيطاً بشكل موازٍ للحقل الكهربائي المطبق بين المصعد والمهبط.
- لها تأثير حراري حيث أنها تحدث توهج على جدار أنبوب التفريغ.
- تتكون من دقائق مادية صغيرة. أي ان لها كتلة
- تتأثر بالمجال المغناطيسي والكهربائي بطريقة تدل على أن شحنتها سالبة.
- لا تتغير بتغير نوع مادة المهبط أو نوع الغاز المخلخل مما يدل على انها تدخل في تركيب جميع المواد.
وجه الشبه بين أشعة الكاثود وأشعة الضوء
- تسير هذه الاشعة داخل الأنبوبة في خطوط مستقيمة تبسيطاً بشكل موازٍ للحقل الكهربائي المطبق بين المصعد والمهبط أي عمودياً على سطح المهبط (الكاثود). وكذلك لو نظرنا إلى أحد خصائص الضوء سنجدها تحمل صفة الاستقامة مثل أشعة الكاثود، بحيث لو أننا وضعنا جسماً معيناً في ضوء الشمس سيتكون ظل لهذا الجسم.
- عند اصطدام هذه الأشعة بسطح معدني رقيق فإنها ترفع درجة حرارته حتى التوهج (أي أنها تحمل طاقة حرارية)، كذلك الضوء يحمل هذه الصفة، حيث لو أننا لمسنا مصباح سيارة مثلا بعد مشوار طويل في الليل سنجد أنه ساخن أي يحمل طاقة حرارية فهذه الطاقة تحولت من الطاقة الضوئية.
- تحرك عجلة خفيفة عند اصطدامها بها أي أن لها كمية حركة (أو كتلة)، ولكن لونظرنا إلى الضوء سنجد أنه لا يحمل هذه الصفة، حيث لو أننا سلطنا مصباح على مروحة قابلة للدوران حول محور لن تدور هذه المروحة ولكن سيحدث العكس عند أشعة الكاثود (أي ستدور المروحة).
- تنحرف هذه الأشعة عند دخولها مجالاً مغناطيسياً عمودياً على اتجاهها (أي أنها تمتلك شحنات كهربائية سالبة)، ولكن لو سلطنا ضوء مصباح على المولد الكهربائي سنجد أن الضوء يسير بلا انحراف أو تكسر أو حيود فهذا يفسر أن الضوء لا يحمل هذه الصفة ولا يتأثر بالمجال المغناطيسي.
- كلاهما يتشابهان الا ان اشعة الكاثود مشحونه وضوء غير مشحون حيث عندما تحضر شيء مغناطيسي تنجذب اشعة الكاثود اليها هذا بسبب ان اشعة الكاثود مشحونه بشحنات موجبه وسالبه
مصمم التجربة
وليم كروكس، هو مصمم تجربة الأشعة المهبطية عندما أراد اختبار نموذج دالتون في النصف الثاني من القرن التاسع عشر عام 1870م.اما تومسون فهو الذي أجاب عن تساؤلات العلماء انذاك مما جعل تومسون يكتشف الإلكترون.
