معمولا مواد را به سه دسته: جامد، مایع و گاز می شناسیم اما موادی مانند سس مایونز ماده ای است که حالتی بین یک مایع و یک جامد دارد.

کریستال های مایع نیز نه کاملا مایع و نه کاملا جامد هستند،‌ از لحاظ فیزیکی مانند جریان مایعات به چشم می آیند، اما آن ها برخی از خواص جامدات بلورین را نیز دارند. کریستال های مایع را می توان کریستالی در نظر گرفت که  برخی یا همه نظم موقعیتی خود را از دست داده اند، در حالی که از نظر جهت گیری نظم خود را حفظ کرده است.

بین سال های 1850 تا 1888محققان در پژوهش هایی که در زمینه فیزیک، شیمی، زیست شناسی و پزشکی انجام می دادند، متوجه شدند که بعضی مواد در دماهای نزدیک به دمای ذوب شان رفتار عجیبی از خود نشان می دهند. آن ها مشاهده کردند که خواص نوری (اپتیکی) این مواد با افزایش دما به طور ناپیوسته ای تغییر می کند.

مثلا استرین (stearin) در دمای 52 درجه سانتیگراد از جامد به مایع ابری شکل ذوب می شود و تا دمای 58 درجه سانتیگراد به صورت مایعی مات باقی می ماند و در دمای 5/62 به یک مایع شفاف تبدیل می شود. یا مثلا ترکیبات سنتز شده از کلسترول وقتی سرد می شوند، به رنگ آبی دیده می شوند. زیست شناسان در مواد بیولوژیکی مایع، رفتار ناهمسانگرد نوری که فقط در بلورها دیده می شود، مشاهده کردند.

این مواد (بلورهای مایع) شامل مولکول های آلی هستند که دارای شکل طویل با یک ناحیه مرکزی ثابت و لبه های انعطاف پذیر اند.

 رفتار ناهمسانگرد بلور مایع ناشی از طویل بودن مولکول های آن است. خواص فیزیکی مولکول ها در امتداد موازی با خواص فیزیکی در امتداد عمود بر صفحه مولکول متفاوت است. این تفاوت خواص مولکول ها باعث تفاوت خواص توده ای آن ماده (حجم زیادی از ماده) نیز می شود.

بلور مایع در سه نوع دسته بندی می شوند: Nematic نماتیک، Smectic اسماتیک و Cholesteric کایرال. 

برای بلورهای مایع یک جهت n به عنوان جهت مبنا در نظر می گیرند که مولکول ها تمایل دارند که در آن جهت قرار بگیرند.

بلور مایع نماتیک

تصور کنید تعداد زیادی خلال دندان در یک جعبه مستطیل شکل به صورت نامنظم قرار داده شده است. وقتی شما جعبه خلال دندان را باز می کنید خلال دندان ها تقریبا هم جهت هستند اما در یک امتداد نیستند یعنی زاویه بین هر خلال داندان با محوری معین با هم فرق می کند. (دقیقا در امتداد یک خط نیستند فقط جهت آن ها مثلا متمایل به شمال است). آن ها آزادانه حرکت می کنند اما جهت حرکت آن ها یکسان است. این نوع کریستال مایع به نماتیک معروف اند.

بلور مایع اسماتیک

بلورهای مایع smectic نسبت به nematic این تفاوت را دارند که بعضی از آن ها دقیقا موازی با همدیگر هستند. بلورهای مایع smectic به دو نوع A و C تقسیم می شوند، نوع A همه مولکول ها در یک جهت تقریبا موازی اند اما نوع  C در هر ردیف مولکول ها موازی اند و جهت گیری ردیف ها با هم کمی متفاوت است. به شکل زیر توجه کنید.

بلور مایع Cholestric

بلور مایع Cholestric ( نوع پیچیده بلور مایع نماتیک است) کایرال است. در این نوع بلور مایع اگر مولکول های چند لایه را در نظر بگیریم. مثل این است که در هر لایه یک نمونه از نماتیک را داریم به ترتیب که در لایه ها پیش می رویم جهت مولکول ها نسبت به لایه قبلی می چرخد تا در نهایت در لایه ی آخر به جهت لایه اول می رسد، به فاصله بین این چند لایه یک گام (pitch) می گویند. (مطابق شکل) جهت مولکول در لایه اول از A به B بوده و در لایه آخر نیز همین طور است.

 برای بسیاری از واکنش های مربوط به مایعات یا گازها، افزایش غلظت واکنش دهنده ها، سرعت واکنش را افزایش می دهد. در چند مورد استثناء افزایش غلظت واکنش دهنده ها تاثیر کمی بر روی سرعت واکنش می گذارد.

در زیر چند مثال می بینید که افزایش فشار در گاز غلظت آن را افزایش داده است.

روی و اسید هیدروکلریک

دانه های روی با اسید هیدروکلریک رقیق به آرامی واکنش می دهد اما وقتی غلظت اسید را زیاد کنیم، سرعت واکنش افزایش می یابد.

تجزیه کاتالیزوری پراکسید هیدروژن

جامد منگنز معمولا به صورت اکسیدی است و در واکنش ها به عنوان کاتالیزور استفاده می شود، جدا شدن اکسیژن (تجزیه آن) وقتی که غلظت آن زیاد باشد نسبت به وقتی که رقیق باشد بسیار سریع تر اتفاق می افتد.

واکنش بین محلول سدیم سولفات و اسید هیدروکلریک

واکنش بین محلول سدیم سولفات و اسید هیدروکلریک، واکنشی است که اغلب برای بررسی رابطه بین غلظت و سرعت واکنش استفاده می شود. وقتی یک اسید رقیق به محلول تیوسولفات سدیم اضافه می شود، رسوب زرد کم رنگ گوگرد تشکیل می شود.

هر چقدر که محلول تیوسولفات سدیم رقیق تر شود، زمان بیشتری طول می کشد تا رسوب شکل بگیرد.

مواردی که تغییر غلظت بر سرعت واکنش تاثیر می گذارد

این موارد بسیار پر استفاده و رایج است و در ک آن بسیار آسان است.

برخورد دو ذره: برای این که بین دو ذره واکنشی رخ دهد، باید دو ذره با هم برخورد کنند، یا هر دو محلولند یا یکی محلول و دیگری جامد است. هر چه غلظت آن ها بیشتر باشد، احتمال برخورد آن ها با هم بیشتر است.

واکنشی که برخورد یک ذره صورت می گیرد:

اگر در واکنشی یک ذره برخوردکننده باشد، تعداد برخوردهای موثر محدود و کم می شود یعنی بعضی از برخوردها مفید نیستند؛ آن چه که مهم است این است که کدام ذره انرژی کافی برای واکنش را دارد.

 فرض کنید که در یک زمان از یک میلیون ذره یک ذره انرژی کافی برابر یا بیشتر از انرزی فعال سازی را دارد. اگر شما 10 میلیون ذره داشته باشید، 100 تا از آن ها واکنش می دهند، اگر 200 میلیون ذره در همان حجم داشته باشید، 200 تا از آن ها واکنش می دهد. بنابراین سرعت واکنش با دو برابر کردن غلظت دو برابر شده است.

مواردی که تغییر غلظت بر سرعت واکنش تاثیری ندارد

در نگاه اول به نظر می سد که این گفته بسیار عجیب و غیر ممکن است.

اما این مورد زمانی اتفاق می افتد که کاتالیزور تا حد ممکن واکنشی را تسریع بخشیده است.

فرض کنید مقدار کمی از کانالیزور جامد را در واکنشی استفاده می کنید و غلظت آن به اندازه کافی بالاست، طوری که سطح کاتالیزور کاملا با ذرات واکنش دهنده اشغال شده است، افزایش غلظت محلول تاثیری روی آن ندارد چون کاتالیزور حداکثر ظرفیت خود را تا قبل از افزایش غلظت به کار گرفته است و دیگر سطحی از کاتالیزور برای ذرات واکنش دهنده بیشتر نیست.

پیکر گیاهان از  تعدادی اجزای میکروسکوپی کوچک به نام سلول ساخته شده است. به بیان دیگر سلول ها واحد های عملکردی و ساختاری پیکر گیاان و دیگر موجودات زنده هستند. اندازه  و شکل سلول ها بر اساس عملکردشان، شرایط محیطی و نیازهای موجودات زنده بسیار متنوع است. برخی از موجودات زنده تک سلولی هستند، در حالی که بقیه چند سلولی بوده و اشکال پرسلولی را تولید می کنند.

در مقاله قبل مطالبی در رابطه با سلول گیاهی دانستیم. در ادامه می خوانیم...

میکروبادی ها

اندامک های تک غشا به اندازه ی 2/0 تا 1 میکرون هستند. میکرو بادی ها شامل پروکسی زوم ها و گلی اکسی زوم ها می باشند. پراکسی زوم ها سرشار از کاتالاز و آنزیم های اکسید کننده هستند. مهم ترین عملکرد پراکسی زوم در گیاهان شرکت در تنفس نوری است. گلی اکسی زوم ها اندامک های مشابه پراکسی زوم ها هستند  و دارای آنزیم های مهم چرخه ی گلی اکسیلات می باشند. که چربی ها را به قند تبدیل می کنند.

هسته

هسته اندامکی مشخص و کم و بیش کروی شکل است. که با دو غشاء لیپوپروتئینی احاطه شده است. هسته از غشاء هسته، شیره ی هسته، هستک و شبکه کروماتین ساخته شده است.

غشاء هسته دو لایه است که بین دو لایه فضای پیرامون هسته ای قرار دارد. غشای بیرونی به شبکه ER خشن اتصال دارد.

در پوشش هسته منافذی وجود دارند که از طریق این منافذ شیره ی هسته با سیتوپلاسم ارتباط پیدا می کند.

شیره هسته ای یا نوکلئوپلاسم ماده ی نیمه سیالی است ه بخش عمده ی آن را پروتئین تشکیل می دهد. هیستون ها و پروتئین های غیر هیستونی از پروتئین های مهم شیره ی هسته ای هستند.

هستک کروی شکلی است ه به مقدار زیادی از پروتئین ها ساخته شده است. هستک به طور فشرده ای به سازمان دهندگان هستکی کروموزوم های ویژه ای پیوسته است و به طور فعال در سنتز انواع متفاوتی از RNA های ریبوزومی دخالت دارد.

شبکه کروماتین رشته های در هم رفته کروماتینی د رمرحله اینترفاز ظاهر شبکه ای هسته را تشکیل می دهند. این رشته ها جایگاه اصلی ماده ژنتیکی هستند که همه ی فعالیت های سلول، متابولیسم و وراثت را کنترل می کنند. رشته های کروماتین از DNA پروتئین های هیستون و پروتئین های غیر هیستونی و مقداری RNA ساخته شده اند.

واکوئل

واکوئل ها در سلول های جوان به شکل حفرات کوچکی ظاهر می شوند. و در ضمن رشد، سلول یا اتصال به هم به شکل یک واکوئل بزرگ در بلوغ بخشی زیادی از فضای درون سلول گیاهی را اشغال میک نند. به طوری که سیتو پلاسم به شکل یک لایه سیتو پلاسمی نازک در اطراف واکوئل و هسته دیده می شد.

درون واکوئل را شیره ی واکوئل پر کرده است که دارای مواد کانی، قند ها، اسید های آلی، رنگیزه ها مانند آنتوسیانین و ... می باشد.

واکوئل نقش مهمی در متابولیسم سلول به عهده دارد. مواد اضافی می تواند درون واکوئل ها ذخیره شود.

هم چنین نقش مهمی در تنظیم آب سلول داردو و به تنظیم تور گر و سم زدای کمک می کنند.

پیکر گیاهان از  تعدادی اجزای میکروسکوپی کوچک به نام سلول ساخته شده است. به بیان دیگر سلول ها واحد های عملکردی و ساختاری پیکر گیاان و دیگر موجودات زنده هستند. اندازه  و شکل سلول ها بر اساس عملکردشان، شرایط محیطی و نیازهای موجودات زنده بسیار متنوع است. برخی از موجودات زنده تک سلولی هستند، در حالی که بقیه چند سلولی بوده و اشکال پرسلولی را تولید می کنند.

در مقالات قبل مطالبی در رابطه با اجزای سلول گیاهی دانستیم. در ادامه می خوانیم...

ریبوزوم ها

ریبوزوم ها اندامک های کروی شکل کوچکی هستند که در سلول های یوکاریوتی به طور آزاد یا چسبیده به شبکه آندوپلاسمی و در سلول های پروکاریوتی درون سیتوپلاسم قرار دارند.

از اسید های نوکلئیک از نوع اسید ریبونوکلئیک RNA و پروتئین ساخته شده اند. به عبارت دیگر ریبوزوم ها ساختار ریبونوکلئوپروتئینی دارند.

هر ریبوزوم از دو زیر واحد ساخته شده است که به وسیله ی یون های منیزیم به هم متصل می شوند.

 ریبوزوم ها درون میتوکندری ها و کلروپلاست نیز دیده می شوند. ریبوزوم ها در هستک سلول های یوکاریوتی سازمان پیدا می کنند.

شبکه آندوپلاسمی

شبکه آندوپلاسمی یک شبکه ی در هم رفته از بخش های لوله ای کیسه مانند و حفره ای شکل است که از غشای

هسته تا غشای سیتوپلاسمی در سلول های یوکاریوتی گسترش دارد.

هر بخش شبکه دارای دو غشاء و فضایی واقع در بین آن ها می باشد. شبکه ی آندوپلاسمی به دو حالت در سلول دیده می شود:

شبکه ی آندوپلاسمی زبر یا دانه دار که در سطح بیرونی به ریبوزوم ها اتصال دارد و

شبکه آندوپلاسمی صاف یا بدون دانه.

ریبوزوم ها در RER به صورت گروهی در اتصال به شبکه دیده می شوند.

ساختار شیمیایی ER ز پروتئین ها و لیپید ها می باشد.

 شبکه ی آندوپلاسمی هم چنین در نقل و انقالات درون سلولی، ساخت دیواره و .... نقش دارد.

دستگاه گلژی

این دستگاه به وسیله ی کامیلو گلژی برای اولین بار به عنوان دستگاه شبکه ی درونی کشف شده بود.عملکرد این دستگاه دخالت در فرایند ترشح است. دستگاه گلژی هم چنین در تشکیل دیواره ی سلول، در انتقال درون سلولی، تشکیل لیزوزوم های اولیه و نیز در تشکیل غشاء سیتوپلاسمی نقش دارد.

لیزوزوم ها

اندامک های کروی کوچکی که با داشتن آنزیم های هیدرولیز کننده در گوارش درون یاخته ای و برون یاخته ای دخالت دارند. لیزوزوم ها به قطر 4/0 تا 8/0 میکرون هستند.

هر لیزوزوم از یک غشاء واحد با ماده ی زمینه ای سرشار از آنزیم ساخته شد است.

لیزوزوم ها علاوه بر دخالت در عمل گوارش و هضم مواد غذایی با تخریب بخشی از محتویات سلولی در زمان مواجهه سلول با فقر غذایی در تأمین مواد ضروری برای سلول دخالت دارند. (پدیده ی خود خواری) لیزوزوم ها عمل حذف سلول های مرده را نیز انجام می دهند.

ریز رشته ها و ریز لوله ها

بیشتر سلول ها دارای شبکه ای از ساختارهای پروتئینی رشته ای و لوله ای هستند که در مجموعاسکلت یاخته ای (cytoskeleton) نامگذاری شده اند.

ریز شته ها یا رشته های اکتینی به قطر 6 تا 8 نانومتر هستند.

این رشته ها در فعالیت های انقباضی در سلول های عضلانی، در جریانات سیتوپلاسمی، در تقسیم سلول ... دخالت دارند.

ریز لوله ها یا میکروتوبول ها به قطر 24 تا 25 نانومتر ساختار های استوانه ای تو خالی هستند. ریز لوله ها در انتقالات درون سلولی، جنبش های سلولی، حرکت مژکی و تاژکی، حرکت اندام ها و حرکت کروموزوم ها در زمان تقسیم، در ساختار دستگاه دوک تقسیم و... دخالت دارند.

پیکر گیاهان از  تعدادی اجزای میکروسکوپی کوچک به نام سلول ساخته شده است. به بیان دیگر سلول ها واحد های عملکردی و ساختاری پیکر گیاان و دیگر موجودات زنده هستند. اندازه  و شکل سلول ها بر اساس عملکردشان، شرایط محیطی و نیازهای موجودات زنده بسیار متنوع است. برخی از موجودات زنده تک سلولی هستند، در حالی که بقیه چند سلولی بوده و اشکال پرسلولی را تولید می کنند.

در مطلب قبل مطالبی در رابطه با سلول گیاهی دانستیم. در ادامه می خوانیم...

غشای سیتوپلاسمی

در اطراف همه ی سلول ها، غشایی ظریف، نرم و نازک به نام پلاسمالم یا غشاء سیتوپلاسمی وجود دار د. آرایش لیپید ها و پروتئین ها در غشاء به شکل مدل موزاییک سیال می باشد. دو تک لایه لیپیدی با پروتئین های فرورفته در این دو لایه.

بر اساس میزان نفوذ پروتئین ها در لایه ی لیپیدی، پروتئین ها به انواع پروتئین های سطحی و پروتئین های عمقی تقسیم می شوند. غشا با تشکیل سدی با نفوذپذیری انتخابی در اطراف سلول از خروج ترکیبات مهم مانند پروتئین و  لیپید ها از سلول جلوگیری می کند در حالی که به آب و مواد مورد نیاز اجازه می دهد تا به سلول وارد شوند. چنین غشایی را غشای نیمه تراوا می نامند.

سیتوپلاسم

بخش زنده پروتوپلاسم در بیرون هسته که از طریق غشاء ظریف سیتوپلاسمی محدود شده است سیتوپلاسم نامیده می شود. سیتوپلاسم شامل بخش زمینه ای به نام سیتوئل (سیتوزول) و اندامک هاست. سیتوپلاسم به عنوان محیطی برای انتقال محصولات سلولی متنوع و حرکات درون سلولی عمل می کند. اندامک های سیتوپلاسمی جایگاه فعالیت های متابولیکی گوناگون ومهمی هستند مانند تنفس، فتوسنتز و...

برخی از این اندامک های مهم عبارتند از:

پلاست ها

پلاست ها اندامک های کوچک و قرصی هستند که در اغلب سلول های گیاهی به ویژه، سلول های فتوسنتز کننده یافت می شوند.

سه نوع اصلی پلاست بر اساس نوع رنگیزه تشخیص داده شده اند.

همه ی پلاست ها از اندامک تمایز نیافته ای به نام پیش پلاست تمایز پیدا می کنند.

به پلاست های رنگین که دارای انواع رنگیزه ها به غیر از کلروفیل هستند کروموپلاست ها گفته می شود.

این پلاست ها به عنوان مثال در ریشه های هویج و گلبرگ گل ها یافت می شوند. پلاست های بیرنگ دارای انواع مواد ذخیره ای لوکوپلاست ها هستند. به لوکوپلاست دارای ذخیره نشساسته آمیلوپلاست اطلاق می شود.

کلروپلاست ها مهم ترین پلاست های گیاهی دارای کلروفیل و دانه های نشاسته هستد. این پلاست ها جایگاه فتوسنتز هستند.

کلروپلاست ها از غشاء دو لایه، ماده زمینه تیلاکوئیدها به صورت لاملاهای استرومایی و لاملاهای گرانومی، ذرات اسموفیل(توده چربی یا یون کلسیم)، ریبوزوم ها، DNAو RNA ساخته شده اند.

کلروفیل و رنگیزه ها در غشاء لاملا ها قرار دارند. استروما جایگاه اصلی واکنش های تاریکی فتوسنتز و فعالیت های دیگر است. غشاء کلروپلاست لیبوپروتئینی است، غشاء بیرونی صاف و غشاء درونی به صورت ساختار های تیغه ای به درون استروما فرورفتتگی دارد. تیغه های حاصل از فرورفتگی غشاء درونی در محل گرانوم بر روی هم چیده شده اند.  در واقع هر گرانوم از مجموعه ای از کیسه های قرصی شکل ساخته شده است. گرانوم ها به وسیله ی تیغک های رابطه به هم وصل شده اند.

عملکرد اصلی کلروپلاست انجام فرایند فتوسنتز است. کلروپلات با داشتن DNA یک اندامک خود همانند سازی کنندهself - replication در نتیجه با قابلیت تقسیم می باشد.

میتوکندری ها

وجود میتوکندری ها اولین بار توسط محققی به نام آلتمن در سلول های یوکاریوتی گزارش شد. میتوکندری اندامی کروی یا بیضی شکل است. این اندامک دارای دو غشاء است، غشاء بیرونی صاف، اما غشاء درونی دارای پیچیدگی هایی به نام کریستاها به درون می باشد. بر روی غشاء درونی ساختارهای کوچکی به نام ذرات ATP ساز به تعداد بی شمار دیده می شوند.

درون میتوکندری با ماده زمینه پر شده است. ریبوزوم ها، DNA ،  RNA ، آب، لیپید ها، پروتئین ها، آنزیم ها و ... درون ماده زمینه قرار دارند.

میتوکندری ها جایگاه تنفس سلولی هستند و قابل مقایسه با یک نیروگاه می باشند. این اندامک ها شکل قابل استفاده انرژی را به طور آماده به صورت مولکول های ATP برای سلول فراهم می کنند.

در این مقاله می خواهیم چگونگی کشف اشعه کاتدی را بیان کنیم:

قبل از این که به هدف اصلی این مقاله بپردازیم بهتر است الکترولیز محلول ها و گازها را بررسی کنیم.

نکاتی درباره الکترولیز محلول ها

آزمایش زیر را با هم مرور می کنیم: سه ظرف حاوی نمک سه فلز با ظرفیت های شیمیایی متفاوت (ظرف اول نمک یک ظرفیتی، ظرف دوم نمک دو ظرفیتی و ظرف سوم نمک سه ظرفیتی) را در نظر بگیرید که جریان الکتریکی یکسانی را از آن ها می گذرانیم.

می توانید حدس بزنید که نتیجه این آزمایش چه می شود؟

مقدار رسوب های ظرف ها چه رابطه ای با مقدار محلول نمک ها داشت؟

رسوب هر فلز متناسب با جرم اتمی فلز تقسیم بر ظرفیت آن است. یعنی هر اتم مقداری ثابت بار می گیرد و به ازای هر ظرفیت فلز یک بسته بار روی فلز می نشیند یعنی اتم یک ظرفیتی یک بسته، اتم دو ظرفیتی دو بسته و اتم سه ظرفیتی سه بسته بار می تواند حمل نماید و هرگز جزء کسری از بار الکتریکی مانند 1.23 را به خود نمی گیرند. این بسته برای تمام اتم ها یکسان است، یعنی الکتریسیته از بسته ها یا ذرات کوچکی تشکیل شده اند که آن ها را الکترون می گوییم.

بعد از آزمایش الکترولیز در محلول ها نوبت به الکترولیز گازها رسید که در الکترولیز گازها نتایج زیر به دست آمد:

1- ولتاژ معمولی از گازها عبور نمی کند.

2- در ولتاژهای بالا چنانچه فاصله دو الکترود زیاد باشد جریان الکتریسیته عبور نمی کند.

3- در فشار معمولی به ازای هر سانتیمتر فاصله الکترودها به 30000 ولت اختلاف پتانسیل نیازمندیم. 

در جریان این آزمایش ها دانشمندان مجبور به ساختن لوله هایی از جنس شیشه شدند تا بتوانند فشار داخل آن را کاهش داده و به بررسی های مختلف بپردازند. بعد از ساخت این لوله ها دانشمندان به نتایج زیر دست یافتند:

1- در فشار 0.01 اتمسفر اگر ولتاژ 10000 ولت برقرار شود، گاز درون لوله ملتهب شده و به رنگ های گوناگون پرتو افشانی می نماید. به عنوان مثال نئون رنگ قرمز، هوا رنگ صورتی ملایم، بخار سدیم رنگ زرد و بخار جیوه رنگ آبی مایل به سبز را ایجاد می نماید.

 2- در فشار کمتر از 0.0001 اتمسفر و ولتاژ بالای  10000 ولت جداره شیشه ملتهب شده و نور سبز مغز پسته از خود منتشر می نماید.

3- با کم کردن فشار تا 0.000001 اتمسفر روشنایی از بین رفته و نوعی درخشندگی یا تابش مهتابی در دیواره لوله ایجاد می شود که در حضور صفحات فلوئور به طور کامل قابل مشاهده است.

پرتو کاتدی چگونه تشکیل می شود ؟

وقتی بین دو الکترود اختلاف ولتاژ بسیار بزرگی برقرار شود الکترون از سطح کاتد کنده شده و به طور مستقیم به حرکت در می آید، این الکترون ها ضمن حرکت مستقیم خود به اتم های گازی شکل برخورد می کنند و موجب یونیزه شدن آن ها می شوند به عبارت بهتر اتم های گازی پس از این که بمباران الکترونی شدند با از دست دادن الکترون به یون های مثبت گازی تبدیل می شوند این یون های مثبت به طرف الکترود منفی یعنی آند شتاب می گیرند و الکترون های کنده شده از مولکول های گاز نیز به فلز کاتد ضربه زده  و موجب کنده شدن الکترون های بیشتری از سطح  کاتد  می شوند.

 الکترون های کنده شده از مولکول های گاز (که به یون مثبت تبدیل شده اند) و الکترون های گسیل شده از کاتد باعث یونیزه شدن مولکول های بیشتری از گاز شده و موجب ایجاد یون های مثبت بیشتر و بیشتری می شوند و این روند همین طور ادامه می یابد. الکترون هایی که طبق شرح فوق کنده می شوند و به آند می رسند جریان الکتریکی برقرار می شود. اگر این دو الکترود را در یک لامپ قرار دهیم یک لامپ اشعه کاتدی خواهیم داشت.

در این مطلب می خواهیم به آزمایش هایی که بعد از کشف اشعه کاتدی روی آن انجام گرفت، بپردازیم و در نهایت ویژگی هایی اشعه کاتدی را که طبق همین آزمایش ها نتیجه گیری شد، بیان کنیم.

 آزمایش ها

1- جنس کاتد را تغییر دادند ولی در اشعه هیچ تغییری  مشاهده نمی شود. بنابراین ماهیت اشعه به جنس کاتد بستگی ندارد و تمام فلزات قابلیت تولید این اشعه را دارند.

2- جنس گاز داخل لوله را تغییر دادند ولی باز در ماهیت اشعه تغییری مشاهده نمی شود. بنابراین ماهیت اشعه به جنس گاز داخل لوله بستگی ندارد.

3- برای این که ماهیت این اشعه هرچه بیشتر برای ما روشن گردد یک مانع بین دو الکترود در لوله قرار دادند و همان طور که مشاهده می شود، در سمت آند سایه ای تشکیل می شود و این بدان معناست که اشعه از کاتد خارج شده و به سمت آند حرکت می کند. همچنین می توان نتیجه گرفت که این اشعه به خط مستقیم سیر می کند.

4- یک فرفره پره دار را در مسیر اشعه قرار می دهیم.

مشاهده می شود که مدتی پس از شروع به کار دستگاه فرفره شروع به حرکت می نماید. این مطلب نشان دهنده آن است که اشعه کاتدی حامل ذراتی است که دارای انرژی هستند. این ذرات پس از برخورد با پره های فرفره انرژی خود را به پره ها می دهند به همین دلیل پره ها گرم شده و باعث گرم شدن گاز اطراف خود می شوند. گاز گرم شده درون لوله توسط جریان همرفتی به حرکت درآمده و باعث چرخش فرفره می گردد.

5- جابه جایی کاتد در لوله تأثیری در جهت اشعه نداشته و اشعه به خط مستقیم سیر می نماید.

به محل قرار گرفتن آند توجه کنید

6- یک میدان الکتریکی قوی را از خارج لوله بر اشعه اثر می دهیم.

همان طور که مشاهده می شود، اشعه در میدان الکتریکی به سمت قطب مثبت منحرف می شود. یعنی این که دارای بار منفی است.

7- از خارج از لوله یک میدان مغناطیسی را بر اشعه اثر می دهیم.

اشعه در راستای عمود بر میدان در جهتی منحرف می شود که از بار ذرات دارای بار منفی انتظار می رود. بنابراین اشعه از جنس ذرات باردار می باشد.

بنابراین با توجه به آزمایشات فوق نتیجه می گیریم:

1- اشعه کاتدی از ذراتی که دارای بار منفی هستند، تشکیل شده است. این ذرات را در سال 1874 الکترین نامیدند که در سال 1891 بعد از آزمایشات فوق این نام بهالکترون تغییریافت.

2- این اشعه به نوع فلز کاتد یا گاز داخل لوله بشتگی ندارد، بنابراین تمام مواد دارای الکترون هستند.

 بعدها از اشعه کاتدی در ساخت تلویزیون ها و مانیتورها استفاده شد، ساخت این تجهیزات شاید بدون اشعه کاتدی میسر نمی شد. به صفحه نمایش مانیتورها و  تلویزیون هایی که با استفاده از اشعه کاتدی تصویر را ایجاد می نمایند به طور اختصاری CRT گفته می شود که مخفف  Cathode Ray Tube می باشد. در شکل نحوه عملکرد این نمایشگرها را می بینید.

با توجه به این که آزمایشات فوق نشان دهنده وجود ذره ای کوچکتر از اتم با بار منفی هستند، بنابراین نظریه اتمی دالتون به چالش بزرگی کشانده شده است، اما در علم برای اثبات وجود یک ذره  باید مختصات آن ذره یعنی جرم و مقدار بار آن تعیین گردد.

در طیف امواج الکترومغناطیس، اشعه گاما دارای بیش ترین فرکانس و بیش ترین مقدار انرژی حمل شده است. این اشعه توسط داغ ترین و پر انرژی ترین ستارگان مانند ستارگان نوترونی و پالسارها (تپ اختر)، انفجار ابر نو اخترها، نواحی اطراف حفره سیاه موجود در کهکشان ساتع می شود. در روی کره زمین می توان این اشعه را در انفجارهای هسته ای، رعد و برق و واپاشی رادیواکتیو برخی مواد یافت. این امواج از درون بسیاری مواد عبور می کنند و برای این که جلوی آن ها را بگیرید، بایستی از موادی مانند سرب یا بتون استفاده کنید.

نقاط نورانی، اشعه های گامای ساتع شده از انفجار را نشان می دهد.

موارد استفاده:

 به دلیل این که اشعه گاما می تواند سلول های رنده را از بین ببرد، از این اشعه برای نابود کردن سلول های سرطانی استفاده می شود تا بدون نیاز به جراحی های سخت و خطرناک به این هدف دست پیدا کنند. این عمل، رادیو درمانی نام دارد و به دلیل این که سلول های سرطانی نمی توانند مانند سلول های سالم که حتی در معرض اشعه گاما می توانند خود را درمان کنند، زنده بماند. البته در این درمان، مقدار مناسب اشعه حتما باید در نظر گرفته شود.

 

 

هم چنین اشعه گاما میکروب ها را نابود کرده و غذا را استریل کرده و می تواند باعث تازه ماندن آن به مدت طولانی شود. از این اشعه برای استریل کردن لوازم پزشکی نیز استفاده می شود.

خطرات:

این اشعه در صورت کنترل نشدن می تواند باعث تخریب سلول ها شده و انواع مختلفی از سرطان را به وجود آورد. بنابراین چنین اشعه ای برای جنین بسیار مضر بود و ممکن است باعث جهش های ژنتیکی شود.

شناسایی اشعه گاما:

برخلاف نور معمولی و اشعه ایکس، اشعه گاما را نمی توان توسط آینه، به دام انداخت و یا منعکس کرد. طول موج این اشعه آن قدر کوتاه است که می توانند از میان فضای بین اتم های یک آشکارساز عبور کنند. معمولا آشکارسازهای اشعه گاما شامل توده های بلوری بسیار متراکمی هستند.

هنگامی که اشعه گاما از این مسیر عبور می کند، با الکترون های موجود در بلور برخورد می کنند. این پدیده که پراکندگی کامپتون نام دارد، در جایی که یک اشعه گاما به الکترون برخورد کرده و انرژی خود را از دست می دهد، به وجود می آید. در این برخورد، ذراتی به وجود می آیند که می توان با سنسورهای خاصی آن ها را کشف کرد.

از زمان بیگ بنگ (انفجار بزرگ)، انجارهای اشعه گاما، پرانرژی ترین و نورانی ترین حوادث الکترومغناطیسی بوده اند و در 10 ثانیه می توانند انرژی ای آزاد کنند که خورشید در منظومه شمسی در طول عمر 10 بیلیون ساله خود می تواند آزاد کند.

اگر ما بتوانیم اشعه های گاما را ببینیم، آسمان شب را عجیب و نا آشنا خواهیم یافت!

در شکل های زیر تصاویری از انفجار اشعه گاما ایجاد شده توسط یک حفره سیاه که در 12.8 بیلیون سال نوری از ما متولد شده است، می بینیم.

محققان  مدعی شده‌اند که در نهایت توانسته‌اند دلیل پرواز نکردن پنگوئن‌ها را کشف کنند. به گفته این دانشمندان، پنگوئن ها از این رو نمی‌توانند پرواز کنند که شناگران خوبی هستند و هیچ پرنده‌ای نمی‌تواند در هر دو زمینه خوب باشد.

این موجودات پس از دستیابی به مهارت های شیرجه با قدرت رانش بال که به آن ها اجازه داده در اعماق زیاد به دنبال غذا بگردند، به جای هوا راه اقیانوس را انتخاب کردند.

تکامل عدم قابلیت پروازدر پنگوئن ها برای چندین دهه دانشمندان را سردرگم نگه داشته بود.

اما اکنون پژوهش جدید در مورد «ماهی گیرک‌ها» که شیوه شیرجه و شنای آن ها بسیار شبیه به پنگوئن ها بوده اما هم چنان می‌توانند پرواز کنند، نشان داده که که بال پرندگان نمی‌تواند هم برای شنا و هم پرواز مورد استفاده قرار بگیرد.

نیرویی که این پرندگان برای پرواز نیاز داشتند، در بالاترین حد بوده و برای یک پرنده با قابلیت پرواز، 31 برابر بیشتر از نیروی صرف شده در زمان استراحت است.

ماهی‌گیرک ها که از خانواده مرغان دریایی هستند، در سواحل قطبی به وفور دیده شده و در گروه های بزرگ و پر سر و صدا زندگی می‌کنند.

این پرندگان به دنبال غذا شیرجه‌های کوتاه کم عمق در آب زده و می‌توانند تا عمق 91.5 متر برای دستیابی به ماهی برسند.

پنگوئن ها می‌توانند تا عمق 564 متر به دنبال ماهی، ماهی مرکب و سخت‌پوستان کوچک موسوم به کریل ها شیرجه بزنند اما روی زمین عجیب بوده و برای حرکت از راه رفتن یا سر خوردن روی شکم هایشان استفاده می‌کنند.

دیرینه شناسان با کشف تراکم استخوان های پنگوئن ها که در 36 میلیون سال گذشته افزایش یافته، اثبات کرده‌اند که این پرندگان روزگاری پرواز می‌کردند.

این امر نشان می‌دهد که پنگوئن های امروزی نسبت به اجداد خود بسیار سنگین‌تر شده‌اند. استخوان این موجودات قبلا توخالی بوده، به همان ترتیب که پرندگانِ امروزی با قابلیت پرواز، از استخوان های توخالی برخوردارند.

استخوان‌های توخالی سبک‌تر از استخوان های متراکم بوده که کار پرواز را آسانتر می‌کند. پنگوئن ها پس از تغییر مسیر جستجوی غذای خود از هوا به درون دریا به موجودات زمینی با استخوان متراکم‌تر تبدیل شدند.

اگر خازنی را به اختلاف پتانسیلی وصل کنیم، به سرعت شارژ می شود، شارژ سریع خازن به خاطر آن است که مقاومتی در مسیر شارژ وجود ندارد. حال اگر مقاومتی در مسیر آن قرار دهیم ، زمان شارژ بیشتر خواهد شد. مقدار دقیق زمان شارژ به مقدار مقاومت قرار گرفته در مسیر شارژ و ظرفیت خازن بستگی دارد.

 ثابت زمانی بر حسب ثانیه است و با t نمایش داده می شود و از رابطه t=RC به دست می آید.

  شارژ یک خازن 5 برابر ثابت زمانی آن طول می کشد

وسایل لازم

1.  خازن 8 یا 20 میکروفاراد بزرگ (به عنوان مثال خازن ماشین لباسشویى)

2.  مقاومت هاى 5 کیلو و 1 مگا اهم

3.  دو عدد کلید قطع و وصل بین راهى (کوچک)

4. لامپ نئون کوچک (فازمترى)

5. سیم برق و دوشاخه

6. تخته چوبى یا پلاستیکى به ابعاد تقریبى 20 در 10 سانتى متر

با وسایل بالا مدار زیر را ببندید.

 

الف) نخست دو کلید را در وضعیت قطع قرار دهید.

ب) دو شاخه متصل به خازن را براى اندک زمانى (حدود 2 ثانیه) به پریز برق شهر وصل کرده و سپس از آن بیرون بکشید. با

این کار خازن شارژ مى شود. دقت شود دوشاخه به جسم رسانایى ازجمله بدن تماس نیابد و آن را روى میز قرار دهید.

ج) اکنون کلید 1 را وصل کنید. مشاهده خواهید کرد که لامپ نئون براى اندک زمانى در حدود کمتر از 1 ثانیه با نور نسبتاً

زیادى روشن شده و بلافاصله خاموش مى شود.

د) دوباره کلید 1 را خاموش کنید و باز خازن را مطابق مرحله 2 شارژ کنید.

ه) این دفعه کلید 2 را وصل کنید. مشاهده خواهید کرد که لامپ نئون با نور ضعیفتر ولى براى مدت زمانى به مراتب بیشتر

در حدود 30 ثانیه روشن خواهد ماند.

تذکر:  با اتصال دوشاخه متصل به خازن به برق شهر، در اغلب موارد در همان بار اول خازن شارژ مى شود. در غیر این صورت اتصال به پریز را یک بار دیگر تکرار کنید.