الإلكترون The Electron

ساد بين العلماء في تسعينيات القرن التاسع عشر رغبة كبيرة في دراسة الاشعاعات أي عمليات انبعاث الطاقة عبر الفضاء على هيئة موجات مما ساعد في فهم التركيب الذري بصورة كبيرة. ومن أهم الدراسات التي ساهمت في هذا المجال كانت الدراسات التي أجريت على أنابيب أشعة المهبط cathode rays tube (وهي الانابيب الضوئية التي منها لاحقا تم اختراع اجهزة التلفاز).

تتكون أنابيب أشعة المهبط من أنبوبة مغلقة ومفرغة من الهواء مصنوعة من زجاج سميك، وتحتوي داخلها على صفيحتين من أحد الفلزات بحيث توصل هاتين الصفيحتين بمصدر عالي الجهد وبذلك تصبح أحد الصفيحتين مشحونة بشحنة سالبة وتعمل كقطب سالب أو كاثود بينما تصبح الصفيحة الثانية مشحونة بشحنة موجبة أي تصبح قطب موجب أو أنود. والشكل 2 .3 يوضح رسم تخطيطي لهذا النوع من الأجهزة. وعند تشغيل مصدر الجهد العالي يصدر المهبط أشعة غير مرئية هي أشعة المهبط وتتسارع ناحية المصعد لتعبر الفتحة الموجودة في منتصفه وتستمر في طريقها حتى تصل إلى نهاية الأنبوبة التي تحتوي على سطح مطلي بمادة معينة وحين تصطدم أشعة المهبط بها فإنها تصدر تألقا ضوئياً قوياً.

وفي تجارب أخرى تمت إضافة قطبين كهربيين وقطبين مغناطيسيين خارجيين لمعرفة تأثير كل من المجال الكهربي والمغناطيسي كلا على حده على أشعة المهبط (الكاثود). فوجد أنه عند التأثير على أشعة المهبط بمجال مغناطيسي وحده تنحرف الأشعة لتصطدم بالشاشة عند النقطة A كما بالشكل 2 . 3 أي أن الأشعة تنحرف ناحية القطب الجنوبي للمغناطيس. وعندما يتم التأثير على الأشعة بالمجال الكهربي وحده فإن أشعة المهبط تنحرف لتصطدم بالشاشة عند النقطة C الشكل 2 . 3 أي أنها تنحرف ناحية القطب الموجب. وعندما لايتم التأثير عليها بأي مجال خارجي فإنها تعود لتسير بخط مستقيم وتصطدم بالشاشة عند النقطة B . وعلى ضوء النظرية الكهرومغناطيسية يمكننا تفسير الملاحظات السابقة على أساس أن الأشعة الصادرة من المهبط تحمل شحنة سالبة لذلك فقد انجذبت للقطب الموجب من المجال الكهربي الخارجي. وأنها تظهر أيضا خواصا مغناطيسية حين يؤثر عليها مجال مغناطيسي. كل هذه المشاهدات تدل على أنها تحمل شحنة سالبة وهذه هي الجسيمات التي نعرفها حاليا باسم الإلكترونات. يوضح الشكل 2 . 4 تأثير قضيب من المغناطيس على أشعة الكاثود.

وقد قام الفيزيائي البريطاني J. J. Thomsom بدراسة أشعة المهبط على ضوء النظرية الكهرومغناطيسية وذلك ليستطيع أن يحدد قيمة نسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته وقد وجد أنها تساوي القيمة

e/m = -1.76 × 10⁸ C/g

حيث C هي الكولوم أي وحدة الشحنة الكهربية. g الكتلة بوحدة الجرام. وعليه وبعد سلسلة من التجارب التي أجريت ما بين الأعوام 1908 حتى 1917 م نجح العالم مليكان Millikan في قياس قيمة شحنة الإلكترون بدقة عالية حيث أثبت أن الشحنة على جميع الإلكترونات متكافئة تماما وقد تضمنت تجربة مليكان اختبار حركة قطيرة زيت حين تقوم بحمل شحنات ساكنة من أيونات موجودة في الهواء المحيط بها في وعاء التجربة حيث قام بتعليق القطيرة المشحونة في الهواء بتطبيق مجال كهربي ومن ثم تتبع حركتها من خلال ميكروسكوب كما في الشكل 2 . 5 . ومن معرفته بقوانين الكهرباء الساكنة وجد مليكان أن شحنة الإلكترون لها القيمة

e = -1.6 × 10^-19 C

ومن هذه القيمة وقيمة e/m التي أوجدها طومسون أمكن حساب قيمة كتلة الإلكترون (انظري الحسابات في الكتاب)  وهي قيمة متناهية في الصغر.