أشعة أنوديك: اكتشاف ، خصائص
أشعة أنوديك أو أشعة القناة ، وتسمى أيضًا موجبة ، هي أشعة موجبة من أشعة موجبة ذرية أو جزيئية (أيونات ذات شحنة موجبة) موجهة نحو القطب السالب في أنبوب كروكس.
تنشأ أشعة أنوديك عندما تصطدم الإلكترونات التي تنطلق من الكاثود إلى الأنود مع ذرات الغاز المغلف في أنبوب كروكس.
عند صد جزيئات نفس الإشارة ، تبدأ الإلكترونات التي تتجه نحو الأنود في تشغيل الإلكترونات الموجودة في قشرة ذرات الغاز.
وبالتالي ، فإن الذرات التي ظلت مشحونة إيجابيا - أي أنها تحولت إلى أيونات موجبة (الكاتيونات) - تنجذب إلى الكاثود (مع شحنة سالبة).
اكتشاف
كان العالم الفيزيائي الألماني يوجين غولدشتاين هو الذي اكتشفها ، راقبها لأول مرة في عام 1886.
بعد ذلك ، انتهى العمل الذي قام به العالمان فيلهلم وين وجوزيف جون طومسون على أشعة أنوديك بافتراض تطوير الطيف الكتلي.
خصائص
الخصائص الرئيسية لأشعة أنوديك هي كما يلي:
- لديهم شحنة موجبة ، وتكون قيمة شحنتهم مضاعفة لشحنة الإلكترون (1.6 ∙ 10-19 C).
- يتحركون في خط مستقيم في غياب الحقول الكهربائية والمجالات المغناطيسية.
- تنحرف في وجود الحقول الكهربائية والمجالات المغناطيسية ، وتتجه نحو المنطقة السلبية.
- يمكنهم اختراق طبقات رقيقة من المعادن.
- يمكنهم تأين الغازات.
- تختلف كل من الكتلة وشحنة الجزيئات التي تتكون منها أشعة أنوديك اعتمادًا على الغاز المغلق في الأنبوب. عادةً ما تكون كتلتها مماثلة لكتلة الذرات أو الجزيئات التي تستمد منها.
- يمكن أن تسبب التغيرات الفيزيائية والكيميائية.
القليل من التاريخ
قبل اكتشاف أشعة أنوديك ، تم اكتشاف أشعة الكاثود ، والتي حدثت على مدار عامي 1858 و 1859. يرجع هذا الاكتشاف إلى يوليوس بلوكر ، عالم الرياضيات والفيزيائي من أصل ألماني.
بعد ذلك ، كان الفيزيائي الإنجليزي جوزيف جون طومسون هو الذي درس بعمق سلوك وخصائص وتأثيرات أشعة الكاثود.
من جانبه ، كان يوجين غولدشتاين - الذي سبق له إجراء أبحاث أخرى مع أشعة الكاثود - هو الذي اكتشف أشعة أنوديك. حدث الاكتشاف في عام 1886 وأدرك ذلك عندما أدرك أن أنابيب التصريف مع الكاثود المثقب تنبعث منها أيضًا إضاءة في نهاية الكاثود.
اكتشف بهذه الطريقة أنه بالإضافة إلى أشعة الكاثود ، كانت هناك أشعة أخرى: أشعة أنوديك ؛ هذه تحركت في الاتجاه المعاكس. عندما مرت هذه الأشعة عبر الفتحات أو القنوات في الكاثود ، قرر أن يطلق عليها أشعة القناة.
ومع ذلك ، لم يكن هو فيلهلم فيينا هو الذي قام بعد ذلك بدراسات مستفيضة عن أشعة أنودية. وين ، جنبا إلى جنب مع جوزيف جون طومسون ، انتهى به الأمر إلى وضع أساس الطيف الكتلي.
كان اكتشاف يوجين غولدشتاين لأشعة أنوديك ركيزة أساسية للتطور اللاحق للفيزياء المعاصرة.
بفضل اكتشاف أشعة أنوديك ، تم ترتيب أسراب من الذرات سريعة الحركة لأول مرة ، وكان تطبيقها خصباً للغاية لمختلف فروع الفيزياء الذرية.
أنبوب أشعة أنوديك
في اكتشاف أشعة أنوديك ، استخدم جولدشتاين أنبوب تصريف يحتوي على كاثود مثقب. العملية التفصيلية التي تشكلت بها أشعة أنوديك في أنبوب تصريف الغاز هي كما يلي.
من خلال تطبيق فرق كبير محتمل يبلغ عدة آلاف فولت على الأنبوب ، يسرع الحقل الكهربائي الذي تم إنشاؤه من عدد قليل من الأيونات الموجودة دائمًا في الغاز والتي يتم إنشاؤها بواسطة عمليات طبيعية مثل النشاط الإشعاعي.
تصطدم هذه الأيونات المتسارعة مع ذرات الغاز ، وتمزق الإلكترونات وتخلق أيونات أكثر إيجابية. في المقابل ، تهاجم هذه الأيونات والإلكترونات مرة أخرى مزيدًا من الذرات ، مما يخلق أيونات أكثر إيجابية في رد فعل متسلسل.
تنجذب الأيونات الموجبة بواسطة الكاثود السلبي وبعضها يمر عبر الثقوب الموجودة في الكاثود. عندما يصلون إلى الكاثود ، فقد تسارعت بالفعل بسرعة كافية بحيث عندما تصطدم مع ذرات وجزيئات الغاز الأخرى ، فإنها تثير الأنواع في مستويات طاقة أعلى.
عندما تعود هذه الأنواع إلى مستويات الطاقة الأصلية ، تطلق الذرات والجزيئات الطاقة التي اكتسبتها سابقًا ؛ تنبعث الطاقة في شكل ضوء.
هذه العملية لإنتاج الضوء ، والتي تسمى التألق ، تسبب ظهور سطوع في المنطقة حيث تنشأ الأيونات من الكاثود.
البروتون
على الرغم من أن جولدشتاين حصل على بروتونات بتجاربه مع أشعة أنوديك ، فإنه ليس هو الذي يعزى اكتشاف البروتون ، لأنه لم يكن قادرًا على التعرف عليه بشكل صحيح.
البروتون هو أخف جسيم للجسيمات الإيجابية التي يتم إنتاجها في أنابيب أشعة أنوديك. يتم إنتاج البروتون عندما يتم تحميل الأنبوب بغاز الهيدروجين. بهذه الطريقة ، عندما يتم تأين الهيدروجين وفقد إلكترونه ، يتم الحصول على البروتونات.
تبلغ كتلة البروتون 1.67 ∙ 10-24 جم ، وهو نفس كتلة ذرة الهيدروجين تقريبًا ، وله نفس الشحنة ولكن توجد إشارة عكسية أن الإلكترون لديه ؛ وهذا هو ، 1.6 ∙ 10-19 C.
مطياف الكتلة
يعد قياس الطيف الكتلي ، الذي تم تطويره من اكتشاف أشعة أنوديك ، إجراءًا تحليليًا يسمح بدراسة التركيب الكيميائي لجزيئات مادة تستند إلى كتلتها.
إنها تسمح لكليهما بالتعرف على المركبات غير المعروفة ، لحساب المركبات المعروفة ، وكذلك معرفة خصائص وهيكل جزيئات المادة.
من ناحية أخرى ، يعد مطياف الكتلة جهازًا يمكن من خلاله تحليل بنية المركبات الكيميائية والنظائر المختلفة بطريقة دقيقة للغاية.
يسمح مطياف الكتلة بفصل النواة الذرية بناءً على العلاقة بين الكتلة والشحنة.
