كيف تم اكتشاف الإليكترون ؟ ، ويلعب الإلكترون دورًا أساسيًا ونشطًا في الظواهر الفيزيائية وكذلك في التفاعلات الكهرومغناطيسية من حولنا ، وكذلك في التفاعلات الكيميائية والكهربائية والمغناطيسية والعمليات الأخرى التي تحدث في الكون ، وذلك بسبب أهمية الإلكترون ودوره المحوري في معظم التفاعلات والعمليات التي تحدث من حولنا ، سنتناول من خلال هذا المقال المقدم من موقعنا على الإنترنت كيفية اكتشاف الإلكترون ووصف موجز للإلكترون ومكتشفه.
ما هو الإليكترون
يُعرف الإلكترون المشفر بالرمز –e إنه جسيم ذري كروي وهو المكون الأساسي للذرة وهذا الإلكترون يحمل شحنة كهربائية سالبة ، وكتلة الإلكترون تساوي تقريبًا 1/1836 من كتلة البروتون لذا فهو يعتبر أحد العناصر الأولية الجسيمات ، بالإضافة إلى ذلك ، للإلكترون قيمة تساوي نصف العدد الصحيح للوحدات ħ، مما يعني أنه فرميون البوزيترون إنه عكس الإلكترون ، وهو مطابق له في كل شيء ما عدا أنه عكسه في الإشارة التي يحملها ، وعندما يصطدم الاثنان ، يتشتتان ويتشظيان بحيث ينتج عن هذا الاصطدام زوج من فوتونات أشعة جاما.
وينتمي الإلكترون إلى السم الأول من فئة جسيمات ليبتون ، والذي يساعد ويسهم في القوى الأساسية النووية الضعيفة والجاذبية الكهرومغناطيسية ، ويكون للإلكترون خصائص وخصائص مزدوجة في ميكانيكا الكم وعندما يصطدم بجزيئات أخرى فهو ينحرف مثل الضوء وهذا يظهر بشكل أكبر في التجارب المعملية ، وعندما يتحرك الإلكترون فهذا يعني أنه يمتص أو ينتج الطاقة على شكل فوتونات تحيط بالنواة المكونة من البروتونات والنيوترونات ، ومن ثم تشكل الذرة والإلكترون معًا. يساهم في ذلك بنسبة صغيرة جدًا تبلغ 0.06٪ من كتلة الذرة.
تاريخ الإليكترون
قبل ختام اكتشاف الإلكترون وبداية صياغته في المراجع العلمية وقربه وثرائه كان للإلكترون تاريخ طويل في ضوء العصور المختلفة ومن أبرز تلك التواريخ ما يلي:
- كانت المراحل والتجارب التاريخية الأولى التي مرت بها البشرية في اكتشاف الإلكترون بالكهرباء ، وكان هذا مع الإغريق القدماء عندما لاحظوا انجذاب الأشياء إلى النحاس عند فركه بقطعة قماش.
- كما أشار العالم والفيزيائي الإنجليزي ويليام جيلبرت في عام 1600 م في إحدى مقالاته إلى مصطلح صاغ من اللغة اللاتينية الجديدة وأطلق عليه electricus، وهذا للإشارة إلى خاصية جذب الأشياء البسيطة بعد كسرها ، وهي مأخوذة من كلمة يونانية قديمة تشير إلى الكهرمان.
- في عام 1737 م اكتشف العالمان هكسبي وتشارلز دو فاي وجود شحنتين كهربائيتين أحدهما ناتج عن احتكاك الزجاج والآخر ناتج عن الاحتكاك بالراتنج. وفي ذلك الوقت قال: كان هناك سائلين كهربائيين ، وأطلق عليهما الزجاج والراتنج ، وبعد ذلك جاء بنجامين فرانكلين ليقول إن الكهرباء لا تتكون من سوائل ، وأدخل الشحنات الموجبة والسالبة لأول مرة.
- كما أثبت عالم الطبيعة البريطاني ريتشارد لامانج في الفترة ما بين 1838: 1851 م أن الذرة تتكون من مادة محاطة بجزيئات ذرية غير الذرة وتتكون من شحنات كهربائية.
- في عام 1846 ، أثبت العالم الألماني كايبر نظريته القائلة بأن الكهرباء تتكون من سائلين من الشحنات الموجبة والسالبة ويخضع تفاعلهما لقانون التربيع العكسي.
- في عام 1874 أيضًا ، قدم العالم الأيرلندي جورج ستوني اقتراحًا بعد دراسته للتحليل الكهربائي وأقر بوجود كمية واحدة محددة من الكهرباء بشحنة أيون أحادي التكافؤ ، حيث كان يعتقد في ذلك الوقت أن هذه الشحنات مرتبطة بشكل دائم بـ الذرات ولا يمكن فصلها أو إزالتها بإطلاق مصطلح الإلكترون لوصف هذه الشحنات الأولية عام 1881 م.
كيف يؤدي اكتشاف التقنيات الجديدة إلى تطوير وتقدم علم الأحياء
كيف تم اكتشاف الإليكترون
وللتعرف على كيفية اكتشاف الإلكترون يجب أن تعلم أن هذا الاكتشاف قد مر بمراحل عديدة حتى وصل إلى ما وصل إليه ، ومن أهم تلك المراحل ما يلي:
تجارب واكتشافات أولية
- في عام 1869 ، اكتشف العالم والفيزيائي الألماني يوهان فيلهلم أثناء دراسته للكهرباء على الغازات المتخلخلة أن هناك وهجًا وضوءًا ينبعث من مدرج يزداد حجمه مع تقليل ضغط الغاز عليه.
- وفي عام 1876 ، قال الفيزيائي الألماني يوجين غولدشتاين أن هناك أشعة لظل هذا التوهج المنبعث وأطلق عليها أشعة الكاثود.
- أيضًا ، خلال القرنين السابع عشر والثامن عشر ، لعب السير ويليام كروكس دورًا مهمًا حيث صمم أول أنبوب لأشعة الكاثود بداخله مجوف ، ومن خلال دراسته للأشعة استنتج أنها تحمل الطاقة وتتنقل بين الموجب والسالب. أعمدة.
- أحد العلماء الذين ساهموا بقوة في اكتشاف شحنة الإلكترون قبل اكتشافها هو الفيزيائي البريطاني آرثر شوستر ، بعد أن طور من تجارب كروكس السابقة بوضع صفيحة معدنية موازية لأشعة الكاثود ووضع المجال الكهربائي بينها. صفيحتان ، المجال المتولد ينحرف ويطرد الأشعة باتجاه الصفيحة الموجبة الشحنة ، والتي أوضح أن تلك الأشعة تحمل شحنة سالبة ، وفي عام 1890 قدر شوستر النسبة المئوية لهذه الشحنة بقياس انحرافها عن المستوى المحدد للتيار.
الاكتشاف الفعلي للإليكترون
وفي عام 1896 اكتشف الفيزيائي البريطاني جينيس الإلكترون جوزيف طومسون بمساعدة تاونستيد وويلسون مساعديه ، حيث أجرى تجارب أظهرت أن أشعة الكاثود هي جسيمات فريدة وليست موجات أو جزيئات أو جسيمات كما اعتقدت سابقًا ، لذلك أعطى طومسون هذه الجسيمات قيمة جديدة لشحنة e و the the الكتلة م ويطلق عليها اسم الكريات لها كتلة قد تكون 1/1000 من كتلة أقل أيون معروف في ذلك الوقت ، وهو الهيدروجين ، لذلك أظهر أن نسبة الشحنة إلى الكتلة e / م مستقلة عن مادة الكاثود ، كما أنتج طومسون جسيمات تحمل الشحنة السالبة من المواد المشعة عن طريق التسخين والمواد المضيئة ، لإعادة تسمية هذه الجسيمات بعد العالم والفيزيائي الأيرلندي ويسمى مصطلح إليكترون ومنذ ذلك الحين عُرفت هذه الجسيمات بهذا الاسم حتى يومنا هذا.
ومن خلال اكتشاف طومسون للإلكترون والذي أطلق عليه في البداية اسم الجسيم ، ولعب هذا الاكتشاف دورًا محوريًا في اكتشاف ومعرفة التركيب الذري ، من خلال ربط الإلكترونات بنواة الذرات المشحونة بالإيجاب. الشحنة من خلال التجاذب الذي يحدث بين الشحنات الكهربائية المعاكسة من خلال ذرة محايدة ، حيث يكون عدد الإلكترونات مساويًا لعدد الإلكترونات في الشحنة الموجبة في النواة ، وبذلك نستنتج أن أي ذرة قد تحتوي على عدد من الإلكترونات حمل الشحنة السالبة إلى عدد أقل أو أكبر من الشحنات الموجبة ، وبناءً على عدد هذه الإلكترونات ، تكون الذرة سالبة أو موجبة ككل.
نبذة مختصرة عن طومسون
هو جوزيف جون طومسون ، عالم فيزياء بريطاني ولد في 18 ديسمبر 1856 في شيثام هيل ، المملكة المتحدة ، والتحق بدراسة الهندسة في سن 14 في كلية أوينز للعلوم ، حيث درس الرياضة والهندسة ، و مكنه هذا لاحقًا من دراسة الفيزياء التجريبية في مختبر كافنديش ، وهو المساعد في جامعة كامبريدج عام 1884 م ليكون قادرًا ، بعد ما يقرب من ثلاثة عشر عامًا من الانضمام ، على اكتشاف الإلكترون ، وفي عام 1896 م عندما بدأ في تصميم وتطبيق بعض التجارب وتصميمه لأنبوب أشعة الكاثود الذي ساعد كثيرًا في اكتشاف الإلكترون والعديد من الاكتشافات الأخرى التي تلت ذلك ، ليتم تكريمه بحصوله على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1906 ، بالإضافة إلى العديد من الجوائز والتكريمات الأخرى التي حصل عليها ، قبل وفاته في 30 أغسطس عام 1940.
مكونات أنبوب أشعة الكاثود
يتكون أنبوب أشعة الكاثود الذي أجرى طومسون عليه تجاربه عند اكتشاف الإلكترون من مجموعة من الأجزاء الرئيسية ، وهي كالتالي:
- يتم إخلاء أنبوب زجاجي تمامًا من الهواء.
- يعتمد المولد عليها ويعمل كمدفع إلكتروني وينتج شعاعًا من الإلكترونات.
- مجموعة من الملفات الحارقة التي تعمل على إنتاج المجال الكهرومغناطيسي بتردد منخفض ، ويعمل هذا على ضبط اتجاه الشعاع دائمًا.
- القطب السالب الذي يسمى الأنود.
- القطب الموجب الذي يسمى الكاثود.
- شاشة مغطاة بمادة الفوسفور ؛ بحيث يتشكل عليه ضوء ساطع عندما يصطدم به الإلكترون.
خصائص الإليكترون
ينتمي الإلكترون إلى مجموعة الجسيمات دون الذرية المعروفة باسم اللبتونات ، وهي كائنات أولية ، لذلك يعتبر الإلكترون الأقل كتلة من جميع اللبتونات ، ويتميز بعدد من الخصائص أبرزها ما يلي:
- إذا كان الجسم يحتوي على إلكترونات أكثر أو أقل من الشحنات الموجبة في النواة ، فإن هذا يخلق شحنة كهربائية ، وتصبح شحنة سالبة إذا كان عدد الإلكترونات أكبر وتصبح الشحنة موجبة إذا كان عدد الإلكترونات أقل من بروتونات النواة.
- تقدر كتلة الإلكترون الساكنة بـ 9.109 × 10−31 كجم ، أو 5.489 × 10−4 من وحدات الكتلة الذرية وفقًا لمبدأ أينشتاين لتكافؤ الطاقة والمادة ، أي حوالي 1/1836 من كتلة البروتون.
- الشحنة الكهربائية للإلكترون متساوية −1.602×10−19 كولوم والكولوم هو وحدة الشحن للجسيمات دون الذرية ، ويرمز إلى الشحنة الأولية بالرمز e بينما الإلكترون السالب يرمز إليه بالرمز e– وللبوزيترون ه+ لأن لديهم نفس الخصائص ولكن مع علامات معاكسة.
- لا يحتوي الإلكترون على بيئة تفصيلية محددة حيث يتم وصفه على أنه جسيم نقطي بشحنة نقطية ليس لها مساحة فيزيائية.
- للإلكترون جرح زاوي يبلغ 1/2 ويتم تعريف هذه الخاصية بالإشارة إلى الإلكترون كجزيء نصف ملف وحجم الملف لهذه الجسيمات.
- يمكن أن تصبح الإلكترونات موجات مثل باقي الجسيمات وهذا ما يسمى بازدواجية موجة الجسيمات وقد ثبت ذلك باستخدام تجربة الشق المزدوج.
- جميع الإلكترونات متطابقة ولا يمكن تمييزها عن بعضها وفصلها بخصائص فيزيائية …