الأشعّة المهبطيّة

الانفراغ الكهربائيّ شرارةٌ كهربائيّة تحدث عبر العازل، هواءٍ أو غاز، الفاصل بين جسمين مشحونين بفرق كمونٍ كاف. لا تنقل الغازات التيّار ما لم تتأيّن، فإذا طبّقنا حقلاً كهربائيّاً تحرّكت الإلكترونات والأيونات السالبة بعكس الحقل، والأيونات الموجبة باتّجاهه، فيتولّد تيّارٌ في الغاز. الكتاب، الصفحة 208.

في التجربة الأولى، الكتاب، الصفحة 209، أنابيب انفراغٍ فيها غازاتٌ مختلفة بضغطٍ متساوٍ من رتبة $\mathrm{1<!--\; -->0}\mathrm{m}\mathrm{m}\mathrm{H}\mathrm{g}$: لا يظهر الضوء عند توتّرٍ أقلّ من $\mathrm{5<!--\; -->0<!--\; -->0}\mathrm{V}$، ويجرّب الكتاب أوّلاً $\mathrm{3<!--\; -->0<!--\; -->0}\mathrm{V}$؛ وعند $\mathrm{5<!--\; -->0<!--\; -->0}\mathrm{V}$ تظهر أضواءٌ بألوانٍ مختلفة، أحمر برتقاليّ للنيون، وأزرق مخضرّ لبخار الزئبق؛ وبزيادة التوتّر حتّى $\mathrm{1<!--\; -->3<!--\; -->1<!--\; -->0}\mathrm{V}$ تزداد شدّة الضوء ولا يتغيّر لونه.

في التجربة الثانية، الكتاب، الصفحة 210، نطبّق على أنبوب كروكس توتّراً متواصلاً $\mathrm{1<!--\; -->0<!--\; -->0<!--\; -->0}\mathrm{V}$، ونخفّض الضغط فيه تدريجيّاً: عند نحو $\mathrm{1<!--\; -->1<!--\; -->0}\mathrm{m}\mathrm{m}\mathrm{H}\mathrm{g}$ لا انفراغ، مع صوت طقطقة؛ وعند $\mathrm{1<!--\; -->0<!--\; -->0}\mathrm{m}\mathrm{m}\mathrm{H}\mathrm{g}$ طقطقاتٌ تدلّ على تفريغٍ كهربائيّ؛ وعند $\mathrm{1<!--\; -->0}\mathrm{m}\mathrm{m}\mathrm{H}\mathrm{g}$ عمودٌ ضوئيٌّ متجانس من المهبط إلى المصعد؛ وعند قيمةٍ قريبة من $\mathrm{0<!--\; -->.<!--\; -->0<!--\; -->1}\mathrm{m}\mathrm{m}\mathrm{H}\mathrm{g}$ يختفي الضوء ويحلّ محلّه ظلامٌ حالك، وتتألّق جدران الأنبوب بلونٍ أخضر.

تذكّر: «بمتابعةِ تخفيضِ الضّغطِ داخلَ الأنبوبِ إلى قيمةٍ قريبةٍ من $\mathrm{0<!--\; -->.<!--\; -->0<!--\; -->1}\mathrm{m}\mathrm{m}\mathrm{H}\mathrm{g}$ يختفي الضّوءُ كلّياً، ويحلُّ محلّه ظلامٌ حالكٌ داخلَ الأنبوب، عندَ هذه المرحلةِ تتألّقُ جدرانُ الأنبوبِ بلونٍ أخضرَ، وهذا ناتجٌ عن أشعّةٍ غيرِ مرئيّةٍ صادرةٍ عن المهبط، ولذلكَ سُمّيَت بالأشعّةِ المهبطيّة.» الكتاب، الصفحة 210.

تذكّر: شرطا توليد الأشعّة المهبطيّة، الكتاب، الصفحة 210: «فراغٌ كبيرٌ في الأنبوبِ يتراوحُ الضّغطُ فيه بينَ $(\mathrm{0<!--\; -->.<!--\; -->0<!--\; -->1}-\mathrm{0<!--\; -->.<!--\; -->0<!--\; -->0<!--\; -->1}\mathrm{m}\mathrm{m}\mathrm{H}\mathrm{g})$»، و«توتّرٌ كبيرٌ نسبيّاً بينَ قطبَي الأنبوبِ حيثُ يولّدُ حقلاً كهربائيّاً شديداً بجوارِ المهبط».

وآليّة التوليد، الكتاب، الصفحة 210: يحتوي الأنبوب على كتلةٍ غازيّة فيها ذرّاتٌ وأيوناتٌ موجبة. يسرّع الحقل الشديد الأيونات الموجبة نحو المهبط فتصدمه، فتُقتلع منه إلكتروناتٌ حرّة. يدفع المهبط هذه الإلكترونات بعيداً ويسرّعها الحقل نحو المصعد، فتصادف في طريقها ذرّاتٍ غازيّة فتؤيّنها، وتتشكّل أيوناتٌ جديدة تتّجه نحو المهبط، وهكذا. فالأشعّة المهبطيّة إلكتروناتٌ منتزعةٌ من مادّة المهبط ومن تأيّن ذرّات الغاز، يسرّعها الحقل الكهربائيّ الشديد.

يعدّد الكتاب، الصفحة 211، تسع خواصّ. نكتبها مع سبب كلٍّ منها:

1. تنتشر وفق خطوطٍ مستقيمة ناظميّة على سطح المهبط، فيختلف شكل الحزمة بحسب شكل المهبط: متوازيةٌ إن كان مستوياً، ومتقاربةٌ إن كان مقعّراً، ومتباعدةٌ إن كان محدّباً. 2. تسبّب تألّق بعض الأجسام: تهيّج ذرّات المواد التي تسقط عليها، فيتألّق الزجاج العاديّ بالأخضر، وكبريتات الكالسيوم بالأصفر البرتقاليّ. 3. ضعيفة النفوذ: لا تنفذ من صفيحةٍ معدنيّة، فتكوّن ظلّاً لها على الزجاج المتألّق خلفها.

4. تحمل طاقةً حركيّة: سرعتها كبيرة، بين $2\times {\mathrm{1<!--\; -->0}}^7\mathrm{m}\mathrm{.}{\mathrm{s}}^{-1}$ و$6\times {\mathrm{1<!--\; -->0}}^7\mathrm{m}\mathrm{.}{\mathrm{s}}^{-1}$، ويقول الكتاب إنّها تقترب من سرعة الضوء، وهي في الحقيقة بين $7\mathrm{\%}$ و$\mathrm{2<!--\; -->0}\mathrm{\%}$ منها، فتستطيع أن تدير دولاباً خفيفاً، وتتحوّل طاقتها إلى أشكالٍ أخرى. 5. تتأثّر بالحقل الكهربائيّ فتنحرف نحو اللبوس الموجب، ممّا يدلّ على أنّها مشحونةٌ بشحنةٍ سالبة. 6. تتأثّر بالحقل المغناطيسيّ، فتنحرف بالقوّة المغناطيسيّة العموديّة على خطوط الحقل.

7. تنتج أشعّةً سينيّة إذا صدمت صفيحةً من معدنٍ ثقيل، وهو موضوع درس الأشعّة السينيّة. 8. تؤيّن الغازات: تنتزع إلكتروناً من الذرّة الغازيّة فتتحوّل إلى أيون، ويتوهّج الغاز. 9. تعمل عمل الأشعّة الضوئيّة في تأثيرها بألواح التصوير الضوئيّ الحسّاسة للضوء.

انتبه: 🚨 الأشعّة المهبطيّة إلكترونات، فهي تتأثّر بالحقلين الكهربائيّ والمغناطيسيّ. أمّا الأشعّة السينيّة في درسٍ لاحق فأمواجٌ كهرطيسيّة، لا تتأثّر بهما. لا تخلط بين النوعين.