Page 3 - الكهرومغناطيسية

‫كتلة الإلكترون ‪Mass of an Electron‬‬

‫كيف يمكن قياس كتلة جســم صغير جــ ًّدا لا يمكن رؤيته بالعين المجــردة‪ ،‬ولا يمكن‬
‫قياســها بأكثر الموازين حساســية؟ كان هذا هو التحدي (تحديد كتلــة الإلكترون)؛ فقد‬
‫واجه الفيزيائيون هذا التحدي في أواخر القرن التاســع عشر‪ ،‬وتط َّلب الحل سلســلة من‬
‫الاكتشافات‪ ،‬فكشــف العالم روبرت مليكان أول قطعة من الأحجية حيث تم ّكن مليكان‬
‫من تعليق قطرة زيت مشحونة داخل مجال كهربائي‪ ،‬وموازنتها فيه ليتمكن بعدها من تحديد‬
‫شحنة الإلكترون ‪ ،q‬وهي تساوي)‪ . (1.602×​10​-19​ C‬ثم تمكن العالم البريطاني تومسون‬
‫من تحديد نسبة شــحنة الإلكترون إلى كتلته ‪ .q/m‬وبمعرفة كل من شحنة الإلكترون ‪،q‬‬

‫ونسبة شحنته إلى كتلته تمكن تومسون من حساب كتلة الإلكترون‪.‬‬

‫تج��ارب توم�س��ون م��ع الإلكترون��ات في عــام ‪ 1897‬م أجرى تومســون أول قياس تجريبي‬
‫لنسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته باســتخدام أنبوب أشعة المهبط‪ ،‬وهو جهاز يولد حزمة‬
‫إلكترونات‪ .‬يبين الشكل ‪ 3-1‬الإعدادات المســتخدمة في التجربة‪ .‬ولتقليل التصادمات‬
‫بــن الإلكترونات وجزيئــات الهواء؛ ف ّرغ تومســون الأنبوب من الهــواء بدرجة كبيرة‪.‬‬

‫‪ ‬‬ ‫ال�ش��كل ‪ 3-1‬قي�س�ت ن�س�بة �ش�حنة‬
‫‪V ‬‬ ‫الإلك�ترون إ�لى كتلت�ه أ�ول ًا با�س�تخدام‬

‫‪ ‬‬ ‫تعدي�لات توم�س�ون عل�ى �أنب�وب الأ�ش�عة‬
‫‪ ‬‬ ‫المهبطي�ة‪ .‬وق�د ا�س�تخدم ك ًّل م�ن المغان�ط‬

‫‪B‬‬ ‫الكهربائي�ة و�صفائح الانحراف الم�ش�حونة‬

‫‪ ‬‬ ‫‪E‬‬ ‫للتحكم في م�سار حزمة الإلكترونات‪.‬‬
‫‪‬‬ ‫‪‬‬
‫‪‬‬

‫باســتخدام فرق جهد كبير بين المهبط (الكاثود) والمصعد (الأنود) داخل أنبوب أشــعة‬ ‫ما مقدار كتلة ا إللكترون؟‬
‫المهبط يتولــد مجال كهربائي‪ ،‬فتنبعــث الإلكترونات من المهبط‪ ،‬وتتســارع نحو المصعد‬
‫بالمجال الكهربائي‪ ،‬فتمر بعض هذه الإلكترونات من خلال شــقوق موجودة في المصعد‬ ‫ارجععل إ�ىلمىند�لصيةلعاليتن اجا إلرثبراالئعيمةلية‬
‫لتشــكل حزمة ضيقة‪ ،‬وعندما تصل هذه الإلكترونــات إلى نهاية الأنبوب تصطدم بطلاء‬

‫فلورسنت فتسبب توهجها‪.‬‬

‫اســتخدم تومســون مجالات كهربائيــة وأخرى مغناطيســية لتوليد قــوة تؤثر في حزمة‬
‫الإلكترونات المارة في الأنبوب وتحرفها‪ .‬ويكــون المجال الكهربائي ‪ - E‬الذي تم توليده‬
‫عـــن طريق صفيحتين مشــحونتين ومتوازيتين ‪ -‬متعام ًدا مع اتجاه حزمة الإلكترونات‪،‬‬
‫وينتج قــوة مقدارها ‪ qE‬تؤثر في الإلكترونات وتحرفها إلى أعــى نحو الصفيحة الموجبة‪.‬‬
‫أما المجــال المغناطيسي الناتج عن مغناطيســن كهربائيين فهو متعامــد مع كل من اتجاه‬
‫الحزمة واتجاه المجــال الكهربائي‪ .‬ولعلك تتذكر ممّا درســته ســاب ًقا أن القوة الناتجة عن‬
‫المجال المغناطيسي تتعامد مع كل من المجال المغناطيسي واتجاه حركة الإلكترونات‪ ،‬لذلك‬
‫ينتــج المجال المغناطيسي ‪ B‬قوة تســاوي ‪( Bqv‬حيث تمثل ‪ v‬سرعــة الإلكترون) تؤثر في‬

‫الإلكترونات‪ ،‬وتحرفها إلى أسفل‪.‬‬

‫‪76‬‬