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.

امروزه شما روی آسفالت قدم می زنید، رانندگی و دوچرخه سواری می کنید و در همه جا آن را در زندگی روزمره خود می بینید.

ولی آیا می دانید که زمان های بسیار قدیم  مردم آسفالت را می شناختند و مورد استفاده قرار می دادند؟

آسفالت دارای یک حالت رطوبت ناپذیری است. نخستین بار آن را بابلیان شناختند و نامش را هم « قیر » یا « لجن » نهادند.

مدت ها بعد رومیان نیز آن را شناختند و آن ها هم آن را قیر می خواندند.

رومیان مخزن های آب و استخر های شنا را آسفالت می کردند و بدین وسیله از هدر رفتن آب آن ها را پیشگیری می کردند.

آسفالت جزئی از بیشتر روغن های خام نیز می باشد.

همان طور که آسفالت گرم شود، نرم می گردد و هر گاه حرارت بسیار ببیند به صورت مایع در می آید، پس از آن که سرد گردد، دوباره سخت و محکم می شود.

آسفالت ها ماده‌ ای جامد شکننده به رنگ سیاه تا قهوه‌ای که در زمین به صورت مایع، جامد و قسمتی هم به صورت نیمه جامد یافت می شود. آسفالت شامل مواد آروماتیکی پیچیده بسیار قطبی هستند. این مواد حدودا 5 تا 25 درصد وزن قیر را تشکیل می‌دهند. تعداد حلقه‌ های آروماتیکی این مواد از 6 الی 20 و در نرمال هپتان غیرقابل انحلال می‌باشند.

از نظر شیمیاییآسفالت ترکیبی از هیدروژن و کربن است.

آسفالت بر دو گونه است:

• 1- آسفالت طبیعی

• 2- آسفالت نفت خام

« آسفالت طبیعی » از منابعی که در سطح زمین یا نزدیک آن وجود دارد، بیرون می آید.

آسفالت نفت، از نفت خام به کمک روش های جدید تصفیه، به دست می آید.

آسفالت طبیعی، در زمان های بسیار پیش، این گونه به دست می آمد که ماده ی چرب سیالی از میان لایه های ماسه و سنگ های زیر زمین تحت فشار بیرون می زد و در سطح آن، آسفالت طبیعی پدید می آورد.

خالص ترین آسفالت در میان سنگ هایی پیدا می شد که این مواد را در درون خود نگهداری می کردند. این گونه آسفالت  که آسفالتی تقریبا خالص و مایع بود از درون سنگ ها بیرون می تراوید.

یکی از بزرگ ترین منابع آسفالت طبیعی در جزیره ی ترینی داد واقع در هند غربی است.

در این جزیره در منطقه ای حدود 40 هکتار با عمق بیش از سی متر، منطقه ای پوشیده از آسفالت طبیعی است.

به سال 1876 هنگامی که « واشنگتن » را خیابان بندی می کردند، بیشتر آسفالت هایش از معدن « ترینی داد» فراهم می گردید.

سیمان آسفالت نامی است برای آسفالت های جدید. با این آسفالت ماسه و سنگ را محکم به هم می چسبانند و با آن جایی را فرش می کنند که آب درون آن نفوذ نکند.

این آسفالت دارای حالت لاستیکی است، یعنی در زیر فشارهای زیاد به جای آن که مانند سنگ بشکند، خم می شود.

آسفالت های سنگین برای زمین فرودگاه هایی به کار می رود که ممکن است هواپیمایی به وزن 100 تن روی آن بنشیند. یا برای شاهراه هایی که کامیون های 30تنی یا بیشتر می خواهند روی آن بگذرند.

برای آن که به منشأ بادها پی ببریم آن ها را از دو جهت بررسی می کنیم:

• یکی در سطح منطقه ای و

•  دیگر در سطح جهانی .

گاهی ممکن است اختلاف فشار هوا در منطقه ی کوچک شما رخ دهد. در این صورت، باد محلی خواهد بود.

مثلا اگر شما در نزدیکی ساحل زندگی کنید، هر روز شاهد نوعی باد محلی، خواهید بود.

باد محلی ساحل بدین گونه پدید می آید: چون در روز اثر تابش خورشید زمین گرم می شود، باد خنکی از سوی دریا به سوی ما شروع به وزیدن می کند.

اما در شب، عکس این جریان رخ می دهد. یعنی پس از غروب خورشید، زمین زودتر از آب دریا خنک می شود، در نتیجه  هوای گرم سطح آب سبک شده و بالا می رود و برای پر کردن جایش، نسیمی از سوی خشکی بر طرف دریا می وزد.

آنچه در اطراف شما رخ می دهد ، در سطحی بسیار وسیع تر بر فراز زمین نیز باد همین گونه جریان می یابد.

گرم ترین نقاط روی زمین اطراف خط استوا است. بنابراین پیوسته از آنجا کمربندی از هوای گرم در گرداگرد زمین در حال صعود است. آنگاه این هوای گرم به سمت شمال و جنوب به جریان می افتد.

همین هوا در مناطق معینی در شمال یا جنوب خط استوا که موسوم به عرض جغرافیایی اسبی است، دوباره به سطح زمین فرود می آید و سپس به سوی خط استوا و قطب های شمال و جنوب جریان می یابد.

اگر زمین نمی چرخید این بادها همیشه به صورت بادهای شمالی و جنوبی بودند. ولی گردش وضعی زمین بادهایی را که به نیم کره ی شمالی می رسند، به سمت راست و بادهایی را که به نیم کره ی جنوبی می رسند، به چپ انحراف می دهد .

باد هایی که از عرض اسبی به سوی خط استوا می وزند بسامان هستند.

بادهای غرب وزان آنهایی هستند که به سوی قطب ها می روند.

بیشتر نقاط امریکای شمالی در منطقه ی باد غرب وزان، قرار گرفته است .

بادهای دیگری نیز وجود دارند که در سایر نقاط جهان پراکنده اند. ولی به طور کلی وزش باد همیشه بستگی به عوامل معینی دارد که معلول گرم شدن هوای زمین است.

گرادیان فشار، اختلاف فشار بین نواحی تحت فشار بالا و پایین است. سرعت باد به طور مستقیم متناسب با گرادیان فشار است.

توجه کنید که جهت باد (فلش زرد) در اطراف سیستم فشار بالا خلاف جهت عقربه های ساعت  و در اطراف سیستم کم فشار در جهت عقربه های ساعت است. همچنین جهت باد دور از مرکز سیستم فشار بالا به سمت مرکز سیستم کم فشار است. چرا این اتفاق می افتد؟ برای درک این مطلب نیاز به بررسی نیروهایی حاکم بر باد داریم.

سه نیرو که باعث باد به حرکت آن را به عنوان وجود دارد.

نیروی گرادیان فشار (PGF) نیروی است که ناشی از اختلاف فشار است. این نیرو، نیرویی است که باعث می شود هوا از بالا به فشار پایین جریان یابد.

ب

ه دلیل چرخش زمین، نیروی دوم، نیروی Coriolis (کوریولیس) که برجهت جریان باد تاثیر می گذارد (کوریولیس نام دانشمند فرانسوی است) این نیرو عاملی  است که باعث می شود اشیاء در نیمکره شمالی به نوبه خود به سمت راست و اشیاء در نیمکره جنوبی به نوبه خود به سمت چپ حرکت کنند.

تاثیر این دو نیرو بر باد باعث می شود که جریان باد به صورت منحنی در آید و اما چرا جریان باد به صورت مارپیچی است؟ این رویداد ناشی از نیروی سومی به نام اصطکاک است.