Mass of an Electron - كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

كتلة الإلكترون

كيف يمكن قياس كتلة جسم صغير جداً لا يمكن رؤيته بالعين المجردة، ولا يمكن قياسها بأكثر الموازين حساسية؟ كان هذا هو التحدي (تحديد كتلة الإلكترون)؛ فقد واجه الفيزيائيون هذا التحدي في أواخر القرن التاسع عشر، وتطلب الحل سلسلة من الاكتشافات، فكشف العالم روبرت مليكان أول قطعة من الإلكترونات، ومنذ ذلك الحين تمكن العلماء من تعليق قطرة زيت مشحونة داخل مجال كهربائي، وموازنتها فيه ليتمكنوا بعدها من تحديد شحنة الإلكترون q، وهي تساوي (1.602×10⁻¹⁹ C)، ثم تمكن العالم البريطاني تومسون من تحديد نسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته q/m. ومعرفة كل من شحنة الإلكترون إلى كتلته ونسبة شحنته إلى كتلته يمكن تومسون من حساب كتلة الإلكترون.

في عام 1897 م أجرى تومسون أول قياس تجريبي لنسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته باستخدام أنبوب أشعة المهبط، وهو جهاز يولد حزمة من الإلكترونات. وبين الشكل 1-5 الإعدادات المستخدمة في التجربة. ولتقليل التصادمات بين الإلكترونات وجزيئات الهواء؛ فرغ تومسون الأنبوب من الهواء بدرجة كبيرة.

قيست نسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته أولاً باستخدام تعديلات تومسون على أنبوب الأشعة المهبطية. وقد استخدم كلا من المقاطع الكهربائية وصفائح الانحراف المشحونة للتحكم في مسار حزمة الإلكترونات.

باستخدام فرق جهد كبير بين المهبط (الكاثود) والمصعد (الأنود) داخل أنبوب أشعة المهبط يتولد مجال كهربائي، فتتبعث الإلكترونات من المهبط، وتتسارع نحو المصعد لتشكل حزمة ضيقة، وعندما تصل هذه الإلكترونات إلى نهاية الأنبوب تصطدم بطلاء فلورست فتسبب توهجها.

استخدم تومسون مجالات كهربائية وأخرى مغناطيسية لتوليد قوة تؤثر في حزمة الإلكترونات المارة في الأنبوب وتعرفها، ويكون المجال الكهربائي E - الذي تم توليده عن طريق صفيحتين مشحونتين ومتوازيتين - متعامداً مع اتجاه حزمة الإلكترونات، وينتج قوة مقدارها qE تؤثر في الإلكترونات وتعرفها إلى أعلى نحو الصفيحة الموجة. أما المجال المغناطيسي الناتج عن مغناطيسين متعامدين مع كل من اتجاه المجال الكهربائي واتجاه حركة الإلكترونات، لذلك ينتج المجال المغناطيسي B قوة تساوي qv (حيث تمثل v سرعة الإلكترون) تؤثر في الإلكترونات، وتحرفها إلى أسفل.

ارجع إلى دليل التجارب العملية على منصة عين الإلكترونية

كتلة الإلكترون --- SECTION: Mass of an Electron --- كيف يمكن قياس كتلة جسم صغير جداً لا يمكن رؤيته بالعين المجردة، ولا يمكن قياسها بأكثر الموازين حساسية؟ كان هذا هو التحدي (تحديد كتلة الإلكترون)؛ فقد واجه الفيزيائيون هذا التحدي في أواخر القرن التاسع عشر، وتطلب الحل سلسلة من الاكتشافات، فكشف العالم روبرت مليكان أول قطعة من الإلكترونات، ومنذ ذلك الحين تمكن العلماء من تعليق قطرة زيت مشحونة داخل مجال كهربائي، وموازنتها فيه ليتمكنوا بعدها من تحديد شحنة الإلكترون q، وهي تساوي (1.602×10⁻¹⁹ C)، ثم تمكن العالم البريطاني تومسون من تحديد نسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته q/m. ومعرفة كل من شحنة الإلكترون إلى كتلته ونسبة شحنته إلى كتلته يمكن تومسون من حساب كتلة الإلكترون. --- SECTION: تجارب تومسون مع الإلكترونات --- في عام 1897 م أجرى تومسون أول قياس تجريبي لنسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته باستخدام أنبوب أشعة المهبط، وهو جهاز يولد حزمة من الإلكترونات. وبين الشكل 1-5 الإعدادات المستخدمة في التجربة. ولتقليل التصادمات بين الإلكترونات وجزيئات الهواء؛ فرغ تومسون الأنبوب من الهواء بدرجة كبيرة. --- SECTION: الشكل 1-5 --- قيست نسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته أولاً باستخدام تعديلات تومسون على أنبوب الأشعة المهبطية. وقد استخدم كلا من المقاطع الكهربائية وصفائح الانحراف المشحونة للتحكم في مسار حزمة الإلكترونات. باستخدام فرق جهد كبير بين المهبط (الكاثود) والمصعد (الأنود) داخل أنبوب أشعة المهبط يتولد مجال كهربائي، فتتبعث الإلكترونات من المهبط، وتتسارع نحو المصعد لتشكل حزمة ضيقة، وعندما تصل هذه الإلكترونات إلى نهاية الأنبوب تصطدم بطلاء فلورست فتسبب توهجها. استخدم تومسون مجالات كهربائية وأخرى مغناطيسية لتوليد قوة تؤثر في حزمة الإلكترونات المارة في الأنبوب وتعرفها، ويكون المجال الكهربائي E - الذي تم توليده عن طريق صفيحتين مشحونتين ومتوازيتين - متعامداً مع اتجاه حزمة الإلكترونات، وينتج قوة مقدارها qE تؤثر في الإلكترونات وتعرفها إلى أعلى نحو الصفيحة الموجة. أما المجال المغناطيسي الناتج عن مغناطيسين متعامدين مع كل من اتجاه المجال الكهربائي واتجاه حركة الإلكترونات، لذلك ينتج المجال المغناطيسي B قوة تساوي qv (حيث تمثل v سرعة الإلكترون) تؤثر في الإلكترونات، وتحرفها إلى أسفل. --- SECTION: ما مقدار كتلة الإلكترون؟ --- ارجع إلى دليل التجارب العملية على منصة عين الإلكترونية --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: Diagram of Thomson's experiment setup Description: A diagram showing an electron beam tube with components labeled. It depicts a source of electrons, deflection plates (E), magnetic field (B), and a fluorescent screen. Data: Schematic representation of the experimental setup, not quantitative data. Context: Illustrates the apparatus used by J.J. Thomson to measure the charge-to-mass ratio of the electron, showing how electric and magnetic fields are used to deflect the electron beam.