بخشی از مقاله
اشعه كاتدي و نظريه اتمي
اشعه‌ي كاتدي چيست؟ جريان از اين قرار است كه در ساختار بلور فلزّات، به ازاي هر اتم يك يا چند الكترون آزاد وجود دارد كه تقريباً در همه‌ي نمونه‌ي فلزّي كه مي‌بينيم مي‌تواند آزادانه حركت كند. ميزان انرژي لازم براي اين كه بشود اين الكترونها را از فلز خارج كرد كم است و البتّه براي فلزّات مختلف متفاوت است. امّا به طور كلّي اگر شما يك قطعه فلز را داغ كنيد، ميلياردها الكترون به راحتي انرژي لازم براي فرار كردن از ساختار بلوري فلز را به دست مي‌آورند و از سطح آن جدا
ميشوند. فلزّاتي كه انرژي لازم براي جدا كردن الكترون از آنها كمتر است، غالباً براي ساخت كاتد به كار مي‌روند و جرياني كه با گرم كردن آنها (كاتد گرم) يا انرژي دادن به آنها به روشهاي ديگر (كاتد سرد) به دست مي‌آيد، جريان يا اشعه‌ي كاتدي نام دارد. اگر الآن اين نوشته‌ها را روي يك مانيتور CRT مي‌خوانيد، در پشت صفحه‌ي مانيتور و دقيقاً روبه‌روي شما يك تفنگ الكتروني قرار دارد كه الكترونها مورد نيازش را از طريق يك قطعه فلزّ كاتد فراهم مي‌كند و بعد از جهت‌دهي آنها را به سمت صفحه مي‌فرستد.
اشعه كاتدي: ذرات الكتروني پر انرژي هستند كه از كاتد حرارت ديده ساطع ميشوند.
از اشعه هاي يون زا براي استريل كردن وسائل و بسته هاي پلاستيكي مثل سرنگ ها و بوات هاي يكبار مصرف استفاده ميشود.
شناخت اشعه کاتدي
طي آزمايشاتي كه بر روي الكتروليز توسط فاراده Faraday انجام شد وي دو قانون معروف خود را به شرح زير در سال ۱۸۳۰ ميلادي منتشر نمود:
۱- در الكتروليز مقدار عنصر آزاد شده متناسب با مقدار جريان الكتريسته است.به عنوان مثال اگر ۱ فاراد يا ۹۶۵۰۰ كولن الكتريسته را ازمحلول نمك حاوي يون تك ظرفيتي جيوه عبور دهيم، ۱ مول اتم جيوه و اگر از محلول نمك حاوي يون دو ظرفيتي عبور دهيم ۰.۵ مول اتم جيوه ته نشين مي شود. پس بسته هايي از الكتريسته وجود دارد كه يك بسته از آن ها به سمت فلز تك ظرفيتي و دو بسته به سمت فلز دو ظرفيتي حركت مي كنند.
۲- هرگاه مقدار يكسان جريان الكتريسيته را از سه ظرف بگذرانيم كه حاوي نمك ها با ظرفيت هاي متفاوت هستند، يعني در ظرف اول نمك يك ظرفيتي، در ظرف دوم نمك دو ظرفيتي و در ظرف سوم نمك سه ظرفيتي داشته باشيم. رسوبهاي فلز حاصل از عبور جريان الكتريسيته از ظروف متناسب با جرم اتمي فلز تقسيم بر ظرفيت عناصر آن مي باشد.
نتيجه: هر اتم مقداري ثابت بار مي گيرد. اتم يك ظرفيتي يك بسته، اتم دو ظرفيتي دو بسته و اتم سه ظرفيتي سه بسته بار مي تواند حمل نمايد.و هرگز جزء كسري از بار الكتريكي مانند ۱.۲۳ را به خود نمي گيرند. اين بسته براي تمام اتمها يكسان است، يعني الكتريسته از بسته ها يا ذرات كوچكي تشكيل شده اند. كه آنها را الكترون مي گوييم.
بعد از آزمايش الكتروليز بر روي مايعات و جامدات نوبت به الكتروليز گازها رسيد كه در الكتروليز گازها نتايج زير به دست آمد:
۱- ولتاژ معمولي از گازها عبور نمي كند.
۲- در ولتاژهاي بالا چنانچه فاصله دو الكترود زياد باشد جريان الكتريسيته عبور نمي كند.
۳- در فشار معمولي به ازاي هر سانتيمتر فاصله الكترودها به ۳۰۰۰۰ ولت اختلاف پتانسيل نيازمنديم.
در جريان اين آزمايش ها دانشمندان مجبور به ساختن لوله هايي از جنس شيشه شدند تا بتوانند فشار داخل آن را كاهش داده و به بررسي هايمختلف بپردازند. بعد از ساخت اين لوله ها دانشمندان به نتايج زير دست يافتند:
۱- در فشار 0.1 اتمسفر اگر ولتاژ ۱۰۰۰۰ ولت برقرار شود، گاز درون لوله ملتهب شده و به رنگ هاي گوناگون پرتو افشاني مي نمايد. به عنوان مثال نئون رنگ قرمز، هوا رنگ صورتي ملايم، بخار سديم رنگ زرد و بخار جيوه رنگ آبي مايل به سبز را ايجاد مي نمايد.
۲- در فشار کمتر از 0.0001 اتمسفر و ولتاژ بالاي ۱۰۰۰۰ ولت جداره شيشه ملتهب شده و نور سبز مغز پسته از خود منتشر مي نمايد.
۳- با کم کردن فشار تا 0.000001 اتمسفر روشنايي از بين رفته و نوعي درخشندگي يا تابش مهتابي در ديواره لوله ايجاد مي شود که در حضور صفحات فلوئور به طور کامل قابل مشاهده است.
اين اشعه که توسط ويليام كروكس William Crookes كشف گرديد به اشعه کاتدي معروف شد. اشعه كاتدي نيز به نوبه خود مورد مطالعه قرارگرفته و ويژگي هاي يكي پس از ديگري كشف گرديد. به آزمايش هاي زير و نتايج به دست آمده از آنها توجه كنيد:
۱- براي اينكه ماهيت اين اشعه هرچه بيشتر براي ما روشن گردد يك مانع بين دو الكترود در لوله قرار مي دهيم.
همانطور كه مشاهده مي شود ، در سمت آند سايه اي تشكيل مي شود و اين بدان معناست كه اشعه از كاتد خارج شده و به سمت آند حركت مي كند. همچنين مي توان نتيجه گرفت كه اين اشعه به خط مستقيم سير مي كند.
۲- جابجايي کاتد در لوله تأثيري در جهت اشعه نداشته و اشعه به خط مستقيم سير مي نمايد.
به محل قرار گرفتن آند توجه کنيد.
۳- جنس كاتد را تغيير مي دهيم ولي در اشعه هيچ تغييري مشاهداه نمي شود. بنابراين ماهيت اشعه به جنس كاتد بستگي ندارد و تمام فلزات توان توليد اين اشعه را دارند.
۴- جنس گاز داخل لوله را تغيير مي دهيم ولي باز در ماهيت اشعه تغييري مشاهده نمي شود. بنابراين ماهيت اشعه به جنس گاز داخل لوله بستگي ندارد.
۵- يك فرفره پره دار را در مسير اشعه قرار مي دهيم.
مشاهده مي شود كه مدتي پس از شروع به كار دستگاه فرفره شروع به حركت مي نمايد. اين مطلب نشان دهنده آن است كه اشعه كاتدي حامل ذراتي است كه داراي انرژي هستند. اين ذرات پس از برخورد با پره هاي فرفره انرژي خود را به پره ها مي دهند به همين دليل پره ها گرم شده و باعث گرم شدن گاز اطراف خود مي شوند. گاز گرم شده درون لوله توسط جريان همرفتي به حركت درآمده و باعث چرخش فرفره مي گردد.
۶- يك ميدان الكتريكي قوي را از خارج لوله بر اشعه اثر مي دهيم.
همانطور كه مشاهده مي شود، اشعه در ميدان الكتريكي به سمت قطب مثبت منحرف مي شود. يعني اينكه داراي بار منفي است.
۷- از خارج از لوله يك ميدان مغناطيسي را بر اشعه اثر مي دهيم.
اشعه در راستاي عمود بر ميدان در جهتي منحرف مي شود كه از بار ذرات داراي بار منفي انتظار مي رود. بنابراين اشعه از جنس ذرات باردارمي باشد.
بنابراين با توجه به آزمايشات فوق داريم:
۱- اشعه کاتدي از ذراتي که داراي بار منفي هستند تشکيل شده است. اين ذرات را در سال ۱۸۷۴ الکترين ناميدند که در سال ۱۸۹۱ بعد از آزمايشات فوق اين نام به الکترون تغييريافت.
۲- اين اشعه به نوع فلز کاتد يا گاز داخل لوله بشتگي نداردُ بنابراين تمام مواد داراي الکترون هستند.
بعدها از اشعه کاتدي در ساخت تلويزيون ها و مانيتورها استفاده شد، ساخت اين تجهيزات شايد بدون اشعه كاتدي ميسر نمي شد. به صفحه نمايش مانيتورها و تلويزيون هايي با استفاده از اشعه كاتدي تصوير را ايجاد مي نمايند بطور اختصاري CRT گفته مي ش
ود كه مخفف Cathode Ray Tube مي باشد. در شكل نحوه عملكرد اين نمايشگرها را مي بينيد.
با توجه به اينکه آزمايشات فوق نشان دهنده وجود ذره اي کوچکتر از اتم با بار منفي هستند، بنابراين نظريه اتمي دالتون به چالش بزرگي كشانده شده است، اما در علم براي اثبات وجود يك ذره بايد مختصات آن ذره يعني جرم و مقدار بار آن تعيين گردد.
