پرتو کاتدی

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
AILIN03

عضویت : پنج‌شنبه ۱۳۹۹/۹/۲۷ - ۱۴:۲۴


پست: 6



پرتو کاتدی

پست توسط AILIN03 »

سلام
پرتو کاتدی که توی لوله تخلیه الکتریکی بووجود میاد یک موج الکترومغناطیس هست؟ یه دوستی بهم گف پرتو کاتدی همون پرتوایکس هستش
اگر واقعا این شکلیه تامسون چطور توی این آزمایش نسبت بار به جرم الکترون رو بدست اورد؟ موج الکترومغناطیس که جرم نداره و دوما این که پرتوکاتدی بار منفی داره چطور ممکنه؟

نمایه کاربر
ماشین زمان

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۹/۱۰/۸ - ۲۱:۵۳


پست: 42

سپاس: 5

Re: پرتو کاتدی

پست توسط ماشین زمان »

در لامپ تامسون، مجموعه ای از ذرات (الکترون ها) وجود دارند که تحت اختلاف پتانسیل V از یک رشتۀ (المنتِ) داغِ آند به پردۀ کاتد مثبت می رن [همچنین اینو بدون که خود این رشته توسط یه اختلاف پتانسیل دیگه داغ می شه]. در این پردۀ کاتد شکافی وجود داره که اجازه می ده باریکۀ خاصی از الکترون های جاری وارد میدان های چلیپایی (عمود بر هم) بشن. به این باریکۀ الکترونِ خروجی از پردۀ کاتد می گن «پرتو کاتدی»! [ پس برو به دوستت بگو که واژۀ «پرتو» مختص امواج الکترومغناطیسی نیست! ]
آخرین ویرایش توسط DARKENERGY جمعه ۱۳۹۹/۱۱/۱۰ - ۲۳:۰۷, ویرایش شده کلا 1 بار
دلیل: .
smile028 برای تمام زمان های آینده فقط می گم «بزودی»!

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1022

سپاس: 679

جنسیت:

تماس:

Re: پرتو کاتدی

پست توسط rohamjpl »

کاتد بخشی از یک لوله اشعه ایکس است و به منظور بیرون راندن الکترون ها از مدار و تمرکز آنها در پرتو در نقطه کانونی آند انجام می شود. این منبع کنترل شده الکترون برای تولید پرتوهای اشعه ایکس است. الکترونها با گرم کردن رشته (اثر حرارت ژول) تولید می شوند ، یعنی سیم پیچ سیم ساخته شده از تنگستن ، در یک ساختار فنجانی شکل ، یک فنجان تمرکز نیکل بسیار صیقل داده شده ، و تمرکز الکترواستاتیک پرتو روی آند را ایجاد می کند.تصویرتصویر
برای دفع الکترونها از سیستم ، باید به آنها انرژی داد. از گرما برای دفع الکترون ها از کاتد استفاده می شود. رشته در حین ساخت متبلور می شود و ساختار متبلور آن باعث پایداری رشته می شود. این فرآیند را تابش حرارتی (یا اثر ادیسون) می نامند. رشته با عبور جریان الکتریکی از آن گرم می شود (تا دمای درخشان) و الکترون ها از کاتد خارج می شوند.
الکترون ها با سرعت زیاد به سرعت در خطوط مستقیم از طریق یک لوله اشعه کاتدی خالی حرکت می کنند و به دیواره شیشه ای لوله برخورد می کنند و باعث فلورسن یا درخشش اتم های برانگیخته می شوند. وقتی چیزی از آند در حال حرکت است که اشیا placed قرار داده شده در لوله مقابل آن می توانند بر دیواره درخشان سایه بیندازند. پرتوهای کاتدی جریان الکترونیکی را از طریق لوله حمل می کنند. الکترون ها ابتدا به عنوان اجزای تشکیل دهنده پرتوهای کاتدی کشف شدند.
جی جی تامسون از لوله اشعه کاتد برای تعیین اینکه اتم ها درون آنها ذرات بار منفی کوچکی دارند ، استفاده کرد که وی آنها را "الکترون" نامید. الکترود مجهز شده و ولتاژ اعمال شود ، مشاهده می شود که شیشه مقابل الکترود منفی از الکترونهای ساطع شده از کاتد می درخشد. الکترون ها ابتدا به عنوان اجزای تشکیل دهنده پرتوهای کاتدی کشف شدند. تصویر در یک مجموعه تلویزیونی کلاسیک توسط پرتوی متمرکز الکترون که توسط میدان های الکتریکی یا مغناطیسی در لوله های پرتوی کاتد منحرف می شوند ، ایجاد می شود.
پرتوهای کاتدی به این دلیل نامگذاری می شوند که توسط الکترود منفی یا کاتد در یک لوله خلاuum ساطع می شوند. برای آزاد کردن الکترونها در لوله ، ابتدا باید آنها را از اتمهای کاتد جدا کرد. لوله های خلاuum کاتدی سرد اولیه که لوله های کروک نامیده می شوند ، از پتانسیل الکتریکی بالایی بین آند و کاتد برای یونیزه کردن گاز باقیمانده در لوله استفاده می کنند. میدان الکتریکی هنگام برخورد با کاتد ، یون ها را تسریع می کند و یون ها الکترون آزاد می کنند.لوله های خلاuum مدرن از گسیل حرارتی استفاده می کنند ، که در آن کاتد از یک رشته سیم نازک ساخته شده است که توسط جریان الکتریکی جداگانه ای که از آن عبور می کند گرم می شود. افزایش حرارت تصادفی اتمهای رشته ، الکترونها را از اتمهای سطح رشته و به فضای تخلیه شده لوله می کشاند. از آنجایی که الکترون ها بار منفی دارند ، توسط کاتد دفع می شوند و به آند جذب می شوند. آنها از طریق لوله خالی به طور مستقیم حرکت می کنند. ولتاژ اعمال شده بین الکترودها این ذرات کم جرم را به سرعت زیاد می رساند.
پرتوهای کاتدی غیرقابل مشاهده هستند ، اما وجود آنها برای اولین بار در لوله های خلاuum اولیه هنگامی که به دیواره شیشه لوله برخورد کردند ، باعث تحریک اتمهای شیشه و تابش نور می شود - درخششی به نام فلورسانس. محققان مشاهده کردند که اشیایی که در لوله مقابل کاتد قرار گرفته اند می توانند بر روی دیواره درخشان سایه افکنده و متوجه شدند که چیزی باید از کاتد به صورت مستقیم حرکت کند. الکترون ها پس از رسیدن به آند ، از طریق سیم آند به منبع تغذیه منتقل می شوند و به کاتد برمی گردند ، بنابراین پرتوهای کاتدی جریان الکتریکی را از طریق لوله حمل می کنند.
هر دو میدان الکتریکی و مغناطیسی نیرویی بر ذرات باردار وارد می کنند (تقریباً می گویند این همیشه معتبر نیست ، همانطور که در مورد میدان مغناطیسی خواهید دید.) این یک موضوع گسترده است ، اما من سریع آن را خلاصه می کنم ، توجه داشته باشید که توضیحات در اینجا بیشتر شامل غیر نسبی گرایی (سرعت کم در مقایسه با نور که همه چیز به شدت تغییر می کند) توضیح:
میدان الکتریکی: میدان الکتریکی متناسب با بار ذره ای که به صورت داده شده است ، می تواند به ذرات باردار که حرکت می کنند یا حرکت نمی کنند ، نیرو وارد کند${\bf F}=q{\bf E} $: بردار نیرو ، q: بار ، E: بردار میدان الکتریکی] می توانید توجه داشته باشید که نیرو بر ذرات دارای بار مثبت در یک جهت میدان الکتریکی و در ذرات دارای بار منفی در جهت مخالف است. این انرژی ذره را افزایش می دهد اگر در یک جهت سریع باشد یا بر روی یک عمل کند ذره در حالت استراحت است و در صورت مخالف کاهش می یابد اما پس از مدت ها در غیاب نیروهای دیگر افزایش می یابد.
میدان مغناطیسی: میدان مغناطیسی فقط می تواند به ذرات باردار متحرک (که خود شار مرتبط با میدان الکتریکی تولید شده توسط خودشان را به دلیل حرکت پیوسته تغییر می دهد) ، جایی که شار (تقریباً) مانند مقدار آب جاری در یک لوله یا تعداد است ، اعمال کند. (در واقع متناسب) خطوط میدان الکتریکی در یک منطقه). نیرو توسط${\bf F}=q{\bf v\times B} $: بردار نیرو ، v: سرعت ، q: بار ، E: بردار میدان مغناطیسی] یک نکته مهم توجه داشته باشید که نیرو همیشه عمود بر سرعت است و بنابراین هیچ نتیجه ای نمی دهد و انرژی ذره صرفه جویی می شود و فقط جهت تغییر می یابد.
میزان جذب اشعه $ \sigma_a\sim\frac{Z^p}{E^3},$جایی که z عدد اتمی جاذب اتم است ، E انرژی فوتون است و p یک مقدار وابسته به انرژی بین 3 تا 5 است. برای اکثر اشعه های x ، p≃4.
هنگام بررسی کارایی یک محافظ / جاذب ، باید اثرات مقطع عرضی و چگالی را در نظر گرفت. نتیجه این کمیتی است که به عنوان ضریب میرایی خطی ، μ شناخته می شود و به طور معمول در cm − 1 نقل می شود. این برای محاسبه شدت تابش پس از عبور از ضخامت ، x ماده استفاده میشود$I(x)=I_0 e^{-\mu x}. $
حال ، فرض کنید یک الکترون انرژی جنبشی . فرآیندی که توسط آن الکترون فوتون با بیشترین انرژی را ساطع می کند چیست؟ با استفاده از صرفه جویی در انرژی ، نتیجه می گیریم که اگر الکترون پس از "برخورد" در حال حرکت باشد ، باز هم انرژی جنبشی را حمل می کند. از این رو ، فرایندی که فوتون با بالاترین انرژی را تولید می کند "برخورد" است ، جایی که الکترون متوقف می شود. بنابراین ، الکترون باید گرفته شود و حالت محدود الکترون را با کمترین انرژی اشغال کند. بنابراین ، فوتون دارای انرژی خواهد بود.$E_{max}\approx E_{kin} + 10eV $
ملاحظاتی که نتیجه می گیریم الکترون انرژی جنبشی بسیار بزرگتر از (به دلیل پتانسیل کولن) بدست می آورد ، اشتباه است: الکترون به هسته نمی افتد ، بلکه یک اتم تشکیل می دهد. بیشترین انرژی که یک الکترون به دلیل پتانسیل کولن مجاز است بدست آورد ، در . با این حال ، اضافی هرگز در طیف محاسبه نمی شود ، زیرا10eV
الکترون معمولاً گرفته نمی شود ، بلکه پراکنده می شودو بسامد ان $f_{max} = eU/h = (1.6 \times 10^{-19} \times 33 \times 10^3)/(6.63 \times 10^{-34}) \text{Hz} = 8.0 \times 10^{18}\text{Hz} $و طول موج ان $\frac{1}{\lambda}=R_\text{H} (Z_{eff})^2 \left(\frac{1}{n^2}-\frac{1}{m^2}\right) $
جایی که RH مخفف ثابت ریدبرگ و n & m تعداد اولیه کوانتومی پوسته های درگیر را نشان می دهد.
اما به نظر می رسد که عبارت فوق با کل اتم به عنوان نسخه ای کمی اصلاح شده از مدل بور رفتار می کند. اگرچه آن را در نظر می گیرد$Z_{eff} $هنوز کل پوسته را تخریب می کند. اما همانطور که می دانیم در سیستم چند الکترونی ، پوسته ها دارای زیر پوسته هستند و زیر پوسته ها دارای مدارهایی هستند که مدارهای یک زیر پوسته منحط هستند و نه تمام پوسته ،یک پدیده در فیزیک است. در پدیده کامپتون پرتو ایکس در اثر اندرکنش با ماده انرژی خود را از دست داده و از این‌رو طول موجش افزایش می‌یابد. به عبارت دیگر، پراکندگی کامپتون، پراکندگی ناکشسان یک فوتون توسط یک ذره باردار و معمولاً الکترون است و باعث کاهش انرژی (افزایش طول موج) فوتون (که ممکن است یک پرتو ایکس یا پرتو گاما باشد) می‌شود که به اثر کامپتون مشهور است. بخشی از انرژی فوتون به الکترون پس‌زده‌شده منتقل می‌شود. پراکندگی معکوس کامپتون نیز وجود دارد که در آن ذره باردار بخشی از انرژی‌اش را به یک فوتون می‌دهد. $\frac{\Delta \lambda}{\lambda} =\frac{hc}{\lambda mc^2}(1-cos\theta) $
تصویر

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1022

سپاس: 679

جنسیت:

تماس:

Re: پرتو کاتدی

پست توسط rohamjpl »

بر خلاف ذرات ماده که جرم آن‌ها برابر با مقدار مشخص $ m _ 0$ است، یک فوتون بدون جرم محسوب می‌شود. همچنین علیرغم ذره‌های ماده که با سرعت مشخصی در خلاء حرکت می‌کنند، یک فوتون دقیقا با سرعت نور در خلاء حرکت می‌کند.که یک فوتون را به عنوان یک ذره نسبیتی در نظر بگیریم. با توجه به نظریه نسبیت خاص، هر ذره در طبیعت از معادله انرژی نسبیتی پیروی می‌کند. این معادله به‌ صورت زیر بیان می‌شود.$E ^ 2 = p ^ 2 c ^ 2 + m _ 0 ^ 2 c ^ 4 $کهE نشان‌دهنده کل انرژی ذره، p نشان‌دهنده تکانه و $ m _ 0$ جرم سکون را نشان می‌دهد.$p _ f = \dfrac { E _ f } { c } $و $ E _ f = h f = \dfrac { h c } { \lambda }$مقدار مومنتوم$\color {} {p _ f = \dfrac { h } { \lambda }} p _ f = \dfrac { h } { \lambda } \ {p _ f = \dfrac { h } { \lambda }} $مشخصه تکانه، کمیتی برداری است. در حقیقت تکانه هم دارای اندازه و هم دارای جهت است$\color {} {p _ f = \dfrac { h } { \lambda }} \overrightarrow { p } _ f = \hbar \overrightarrow { l }‌ \color {} { p _ f = \dfrac { h } { \lambda } } $در رابطه فوق $\hbar = h/2\pi $
ثابت کاهیده پلانک بوده که معادل با تقسیم ثابت پلانک به مقدار $2 \pi$ است. $ \overrightarrow { l }$
برابر با بردار موج یا بردار انتشار است. این بردار نشان‌دهنده جهت تکانه فوتون است. اندازه بردار موج برابر با $k = |\overrightarrow{k}| = 2 \pi / \lambda $ بوده که به آن عدد موج گفته می‌شود.اثر کامپتون عنوانی است که به از دست رفتن انرژی پرتو‌های ایکس در نتیجه برخورد به یک ماده گفته می‌شود الکترون‌های موجود در اتم گرافیت تقریبا به‌صورتی آزادانه حرکت می‌کنند. کامپتون اشعه X وارد شده به اتم‌های گرافیت را به‌صورت مجموعه‌ای از فوتون‌ها در نظر گرفت. فوتون‌های ورودی، به الکترون‌های لایه والانس اتم‌های گرافیت برخورد می‌کنند. در نتیجه برخورد فوتون‌ها با الکترون‌ها، بخشی از انرژی و تکانه آن‌ها از دست رفته، در نتیجه فوتون‌ها نسبت به مسیر اولیه‌شان منحرف می‌شوند.$ \overrightarrow { p } \cdot \overrightarrow { \tilde { p } } _ f = p _ f \overrightarrow { p } _ f \cos \, \theta$برای این سیستم قانون پایستگی انرژی،‌ قبل و پس از برخورد را می‌توان به شکل زیر نوشت.$\color {} {m _ 0 c ^ 2 = \tilde { E } _ f + E} E _ f + m _ 0 c ^ 2 = \tilde { E } _ f + E \color {} {m _ 0 c ^ 2 = \tilde { E } _ f + E} $و$ \color {} {m _ 0 c ^ 2 = \tilde { E } _ f + E } \overrightarrow { p } _ f = \overrightarrow { \tilde { p } } _ f + \overrightarrow { p } \color {} {m _ 0 c ^ 2 = \tilde { E } _ f + E }$پس داریم $\color {} {m _ 0 c ^ 2 = \tilde { E } _ f + E } [ ( E _ f – \tilde { E } _ f ) + m _ 0 c ^ 2 ] ^ 2 = E ^ 2 \color {} {m _ 0 c ^ 2 = \tilde { E } _ f + E } $و$\color {} {m _ 0 c ^ 2 = \tilde { E } _ f + E } (E_f / c – \tilde { E } _ f / c ) ^ 2 + 2 m _ 0 c ( E _ f / c – \tilde { E } _ f / c ) = p ^ 2 \color {} {m _ 0 c ^ 2 = \tilde { E } _ f + E } $و$( p _ f – \tilde { p } _ f ) ^ 2 + 2 m _ 0 c ( p _ f‌ – \tilde { p } _ f ) = p ^ 2 $و$ \color {} { m _ 0 c ^ 2 = \tilde { E } _ f + E } ( \overrightarrow { p } _ f – \overrightarrow { \tilde { p } } _ f )^ 2 = p ^ 2 \, , \, ( \overrightarrow { p } _ f – \tilde { p } _ f ) = p _ f ^ 2 + \tilde { p } _ f ^ 2 – 2 p _ f \tilde { p } _ f \, \cos \, \theta. \color {} {m _ 0 c ^ 2 = \tilde { E } _ f + E }$و$ \color {} { m _ 0 c ^ 2 = \tilde { E } _ f + E } \dfrac{1}{ \tilde { p } _ f } – \dfrac { 1 } { p _ f} = \dfrac { 1 } { m _ 0 c } ( 1 – \cos \, \theta) \color {} { m _ 0 c ^ 2 = \tilde { E } _ f + E }$ تکانه‌ها و طول موج‌ها قبل و پس از برخورد نیز به‌ترتیب برابر با $ 1 /\tilde { p } _ f = \lambda ^ { \prime } /h$
هستند$ \color {} { m _ 0 c ^ 2 = \tilde { E } _ f + E } \lambda ^ { \prime } – \lambda = \dfrac { h } { m _ 0 c } ( 1 – \cos \, \theta) \color {} { m _ 0 c ^ 2 = \tilde { E } _ f + E }$به ضریب $h / m _ 0 c $، طول موج کامپتونِ الکترون گفته می‌شود که اندازه آن نیز برابر است با:$\lambda _ c = \dfrac { h } { m _ 0 c } = 0.00243 \, n m = 2 . 4 3 \, pm $
حالا اشعه ایکس .اشعه ایکس بخشی از طیف الکترومغناطیسی بوده که محدوده فرکانسی یا طول موجی آن بین دو ناحیه فرابنفش و گاما قرار گرفته است. ناحیه اشعه یا پرتو X دارای طول موج $(0.01\ nm\ \sim\ 10\ nm) $ و فرکانس $ (3 \times 10^{16}\ Hz\ \sim\ 3 \times 10^{19}\ Hz)$ هستند. همچنین انرژی فوتون وابسته به این امواج (پرتو یا اشعه) در محدوده $(100\ eV\ \sim\ 100\ keV) $
حال الکترون در حال حرکتی (سرعت ثابت) را در نظر بگیرید که در نزدیکی یک پتانسیل، انرژی جنبشی خود را از دست می‌دهد، تغییرات انرژی جنبشی به منزله تغییر سرعت و در نتیجه تغییر شتاب است که با توجه به مطلب فوق، الکترون یک یا چند فوتون تابش می‌کند. پس از تابش، الکترون می‌تواند به مسیر خود با انرژی جنبشی کمتری ادامه دهد. تابش مذکور به تابش ترمزی موسوم است$ \large K_{1} – K_{2} = hf$اساس کار تولید فوتون‌هایی با فرکانس ناحیه X یا به اختصار فوتون پرتو X است. در ادامه قصد داریم تا عملکرد لامپ تولید پرتو X را به وسیله تابش ترمزی بیان کنمتصویر جریان الکتریکی با عبور از فیلمان، باعث داغ شدن آن می‌شود. جنس فیلمان غالباً از جنس تنگستن است. هنگامی که فیلمان داغ می‌شود، الکترون‌های آن انرژی گرمایی را گرفته و در نتیجه انرژی لازم جهت آزاد شدن از قید هسته را به دست می‌آورند. چنین مکانیزمی جهت گسیل پرتو‌های الکترونی، به گسیل ترمویونی موسوم است. لازم به ذکر است که فیلمان داغ در اینجا در نقش کاتد (Cathode) است.ترون‌های آزاد شده از فیلمان داغ، در محیط لامپ (خلأ شده) تحت اختلاف پتانسیل الکترواستاتیکی شتاب گرفته و به سمت آند (Anode) می‌روند. لازم به ذکر است که الکترون‌ها در میدان اختلاف پتانسیل مذکور، به اندازه K1 انرژی جنبشی به دست می‌آورند. توجه داشته باشید که الکترون‌ها قبل از برخورد به آند، دارای انرژی جنبشی K1 می‌شوند. الکترون‌ها با برخورد به آند، رفته رفته انرژی جنبشی خود را از دست می دهند و در نهایت متوقف می‌شوند.انتشار اشعه X مشخصه نیز در اثر برهم کنش مستقیم الکترونهای با انرژی زیاد با الکترونهای محدود شده اتمی رخ می دهد. در صورت برخورد و از بین رفتن الکترونهای جنبشی کافی الکترونهای پوسته ای از ماده مورد نظر ، پس از یونیزاسیون یک سوراخ ایجاد می شود. الکترون ها از سطح انرژی بالاتر به جای خالی افزایش یافته و فوتون های انرژی مشخصه عنصر را منتشر می کنند. انرژی مشخصه معادل اختلاف انرژی پوسته های درگیر اتم است.
طیف اشعه X مداوم ، که در هنگام کاهش سرعت الکترون ها در میدان کولن هسته هسته ای تولید می شود ، Bremsstrahlung نامیده می شود. در طی این فرآیند انرژی جنبشی الکترون به تابش الکترومغناطیسی تبدیل می شود.
اما فقط مقدار کمی انرژی مورد استفاده در لوله اشعه ایکس به اشعه X تبدیل می شود (به طور معمول در حدود 0.1 - 1٪). بیشتر انرژی به گرما منتقل می شود و مقدار انرژی تولید شده در لوله اشعه X توسط ولتاژ مهیج محدود می شود.متن متن کمی گیج کننده است. الکترون عبوری از ماده با الکترونهای اتمی (duh) برهم کنش می کند. اتمهای مسیر یونیزه می شوند و الکترون ذره ذره انرژی خود را از دست می دهد. به طور کلی این روند با معادله Bethe-Bloch توصیف شده است. موادی که دارای تعداد زیادی الکترون (در هر حجم) هستند بهترین قدرت توقف را دارند.
تابش Bremsstrahlung متفاوت است: الکترون با میدان الکتریکی بسیار قوی نزدیک به هسته اتمی برهم کنش می کند و انرژی خود را از دست می دهد و فوتون ساطع می کند. فوتون می تواند از 0 تا تمام انرژی جنبشی الکترون انرژی داشته باشد. سطح مقطع متناسب با Z2 است (به علاوه انواع اصلاحاتی که در فرمول بته هایتلر شرح داده شده است) ، از آنجا که هسته های بزرگ Z دارای میدان های الکتریکی قوی هستند ، این مواد در صورت تمایل برمستراشتلونگ یا فرآیندهای مربوط به تولید جفت مورد استفاده قرار می گیرند. (بنابراین ، سرب برای محافظت ، شیشه سربی و زنون مایع برای تشخیص).
محاسبه دوز لوله های اشعه ایکس$ D=g\cdot kV^2\cdot \dfrac{mAs}{d^2}= \left[\dfrac{Sv}{h}\right]$
تصویر

AILIN03

عضویت : پنج‌شنبه ۱۳۹۹/۹/۲۷ - ۱۴:۲۴


پست: 6



Re: پرتو کاتدی

پست توسط AILIN03 »

ماشین زمان نوشته شده:
جمعه ۱۳۹۹/۱۱/۱۰ - ۲۱:۵۲
در لامپ تامسون، مجموعه ای از ذرات (الکترون ها) وجود دارند که تحت اختلاف پتانسیل V از یک رشتۀ (المنتِ) داغِ آند به پردۀ کاتد مثبت می رن [همچنین اینو بدون که خود این رشته توسط یه اختلاف پتانسیل دیگه داغ می شه]. در این پردۀ کاتد شکافی وجود داره که اجازه می ده باریکۀ خاصی از الکترون های جاری وارد میدان های چلیپایی (عمود بر هم) بشن. به این باریکۀ الکترونِ خروجی از پردۀ کاتد می گن «پرتو کاتدی»! [ پس برو به دوستت بگو که واژۀ «پرتو» مختص امواج الکترومغناطیسی نیست! ]
متوجه شدم اما یه سوالی پیش اومد پرتوکاتدی توی این آزمایش رفتار موجی داره یا ذره ای؟

نمایه کاربر
ماشین زمان

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۹/۱۰/۸ - ۲۱:۵۳


پست: 42

سپاس: 5

Re: پرتو کاتدی

پست توسط ماشین زمان »

AILIN03 نوشته شده:
دوشنبه ۱۳۹۹/۱۱/۱۳ - ۱۰:۵۸
ماشین زمان نوشته شده:
جمعه ۱۳۹۹/۱۱/۱۰ - ۲۱:۵۲
در لامپ تامسون، مجموعه ای از ذرات (الکترون ها) وجود دارند که تحت اختلاف پتانسیل V از یک رشتۀ (المنتِ) داغِ آند به پردۀ کاتد مثبت می رن [همچنین اینو بدون که خود این رشته توسط یه اختلاف پتانسیل دیگه داغ می شه]. در این پردۀ کاتد شکافی وجود داره که اجازه می ده باریکۀ خاصی از الکترون های جاری وارد میدان های چلیپایی (عمود بر هم) بشن. به این باریکۀ الکترونِ خروجی از پردۀ کاتد می گن «پرتو کاتدی»! [ پس برو به دوستت بگو که واژۀ «پرتو» مختص امواج الکترومغناطیسی نیست! ]
متوجه شدم اما یه سوالی پیش اومد پرتوکاتدی توی این آزمایش رفتار موجی داره یا ذره ای؟
smile017 چون در این آزمایش نسبت بار به جرم رو مشخص می کنند، می تونیم بگیم رفتار ذره ای داره... اما در فیزیک مدرن به طور کلی، هم «امواج الکترومغناطیسی» و هم «ذرات مادی» (مخصوصاً ذرات زیر اتمی مثل الکترون) دارای دو ویژگی موجی و ذره ای هستند!
یعنی امواج الکترومغناطیسی علاوه براینکه مانند موج رفتار می کنند، خواص ذره ای نیز دارند! اینو از «آزمایش کامپتون» می شه فهمید. همون طور که رهام در بالا به طور مفصل توضیح داد آقای آرتور هالی کامپتون وقتی یک ورقه آلومینیمی رو در معرض اشعه ایکس (موج الکترومغناطیسی با انرژی زیاد) قرار می ده متوجه می شه که این پرتوها پس از برخورد با ورقه، به جهات مختلف منحرف (پراکنده) می شن. پس نتیجه می گیره که این امواج، مثل ذرات رفتار می کنند و با الکترون های آزاد فلز آلومینیم برهم کنش دارند. در نتیجه برای امواج، علاوه بر اینکه کمیت هایی مثل طول موج و فرکانس رو نسبت می دیم، کمیت هایی مثل تکانه و جرم هم براش تعیین می کنیم(هرچه انرژی این امواج بیشتر باشه خاصیت ذره ای شون بیشتر و بهتر مشاهده می شه)
همچنین ذرات مادی نیز خاصیت موجی دارند! اینو آقای دوبروی پیش بینی می کنه و بعداً به صورت تجربی در آزمایش دیوی سون و گرمر در مورد الکترون ها تأیید می شه؛ درحالیکه قبلاً در آزمایش تامسون رفتار ذره ای مشاهده می شده! خیلی عجیبه، نه؟ ذرات مادی (مانند الکترون) مثل موج رفتار می کنند و علاوه بر کمیت های جرم و تکانه، کمیت های موجی مثل طول موج رو بهشون نسبت می دیم! ( این ویژگی زمانیکه جرم ذره خیلی کمه، بیشتر مشاهده می شه)
می دونم... یکم گیج کننده ست اما تصور کن دانشمند های اون زمان چه حالی داشتد!! نور و ذره، هر دو ویژگی های مشترک دارن!
پ. ن: می تونی در ویکی پدیا بیشتر در مورد خواص «موجی_ذره ای» بدونی.
smile028 برای تمام زمان های آینده فقط می گم «بزودی»!

نمایه کاربر
ماشین زمان

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۹/۱۰/۸ - ۲۱:۵۳


پست: 42

سپاس: 5

Re: پرتو کاتدی

پست توسط ماشین زمان »

rohamjpl نوشته شده:
یک‌شنبه ۱۳۹۹/۱۱/۱۲ - ۱۰:۳۷
smile028 حالا که در مورد اثر کامپتون بحث شد، من چند تا سوال دارم... تابشی که پس از برخورد با الکترون آزاد ساطع می شه چه جوریه؟ یعنی آیا به صورت یک تک فوتون، اونم در یک مسیر مشخص پراکنده می شه تا نسبت به مسیر پرتو ورودی زاویۀ تتا داشته باشه؟! یا به شکل موج کروی پراکنده می شه؟ اگه این جوری باشه پس این زاویه تتا رو آیا می تونیم هر جور زاویه دلخواه در نظر بگیرم تا «جا به جایی طول موج» رو در او ناحیه بدست بیاریم؟ اینو از این جهت می پرسم که در معادله کامپتون، این زاویۀ تتا به چه عواملی وابسته س...
smile028 برای تمام زمان های آینده فقط می گم «بزودی»!

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1022

سپاس: 679

جنسیت:

تماس:

Re: پرتو کاتدی

پست توسط rohamjpl »

انچه من میدونم این هست که
پراکندگی کامپتون، کشف شده توسط آرتور هالی کامپتون ، پراکندگی یک است فوتون توسط متهم ذرات، معمولا یک الکترون . اگر منجر به کاهش انرژی (افزایش طول موج ) فوتون (که ممکن است یک فوتون اشعه ایکس یا اشعه گاما باشد ) شود ، آن را اثر کامپتون می نامند . بخشی از انرژی فوتون به الکترون جمع شده منتقل می شود. پراکندگی معکوس کامپتون زمانی اتفاق می افتد که یک ذره باردار بخشی از انرژی خود را به یک فوتون منتقل کند. تصویر
یک فوتون γ با طول موج λ برخورد با یک الکترون الکترونیکی در یک اتم، است که به عنوان در حال استراحت درمان می شود. این برخورد باعث پس زدن الکترون می شود و یک فوتون جدید γ 'با طول موج λ ' در زاویه θ از مسیر ورودی فوتون ظاهر می شود. بگذارید e 'بعد از برخورد الکترون را نشان دهد. کامپتون این امکان را فراهم می کرد که این تعامل گاهی سرعت الکترون را به اندازه کافی نزدیک به سرعت نور افزایش دهد تا برای توصیف صحیح انرژی و حرکت آن نیاز به استفاده از نظریه نسبیت خاص اینشتین باشد.زاویه پراکندگی کامپتون
به نظر من یک فوتون در حالت استراحت به یک الکترون آزاد برخورد می کند. من می فهمم که وقتی فوتون با زاویه پراکنده می شود ، فرمولی برای پراکندگی کامپتون وجود داردθ، اما من نمی دانم چه چیزی این زاویه را تعیین می کند θ. اگر یک فوتون به چنین الکترونی برخورد کند ، آیا آن در یک زاویه منحصر به فرد پراکنده نمی شود؟ به نظر می رسد که چنین نیست ، زیرا این زاویه وجود داردθ به عنوان یک پارامتر.
در انرژی های کم فوتون ، گاهی اوقات روند پراکندگی را پراکندگی تامپسون می نامند . می توانید اثرات نسبی گرایی را نادیده بگیرید و به سادگی بگویید که میدان الکتریکی فوتون باعث نوسان الکترون در صفحه میدان الکتریکی می شود. که باعث می شود الکترون تابش دو قطبی از خود ساطع کند. احتمال پراکندگی در یک جهت خاص پس از آن است$\propto \sin^2\theta $، جایی که θهمان زاویه ای است که شما از آن استفاده می کنید و زاویه ای دور از صفحه میدان الکتریکی فوتون است. $E=h\nu=\frac{hc}{\lambda} $از این رو طول موج فوتون پراکنده بیشتر از فوتون حادثه خواهد بود. این فرایند با اثر الکتریکی عکس متفاوت است در این واقعیت که در اثر فوتوالکتریک ، یک فوتون کاملاً توسط الکترون جذب می شود. انرژی جذب شده به عنوان عملکرد کار + انرژی جنبشی الکترون (در مورد فلزات) ظاهر می شود.تصویر
فوتون معمولاً در اصل "همه یا هیچ چیز" کار می کند در جایی که انرژی فوتون کامل جذب می شود یا نمی شود. به عنوان مثال ، یک فوتون تا حدی جذب نمی شود. این در توضیح اثر فوتوالکتریک استفاده می شود. اما ، در اینجا به دلیل پراکندگی غیر الاستیک ، فوتون می تواند مقداری از حرکت ($ \displaystyle{pc=\frac{E}{c}=\frac{h}{\lambda}}$ خود را به الکترون منتقل کند.E = hν = hcλ
(به همین دلیل فوتون زرد در انیمیشن به فوتون قرمز تبدیل شد).
از این رو طول موج فوتون پراکنده بیشتر از فوتون حادثه یا رویداد خواهد بود. این فرایند با اثر الکتریکی عکس متفاوت است در این واقعیت که در اثر فوتوالکتریک ، یک فوتون کاملاً توسط الکترون جذب می شود. انرژی جذب شده به عنوان عملکرد کار + انرژی جنبشی الکترون (در مورد فلزات) ظاهر می شود.فوتون معمولاً در اصل "همه یا هیچ چیز" کار می کند در جایی که انرژی فوتون کامل جذب می شود یا نمی شود. به عنوان مثال ، یک فوتون تا حدی جذب نمی شود. این در توضیح اثر فوتوالکتریک استفاده می شود. اما ، در اینجا به دلیل پراکندگی غیر الاستیک ، فوتون می تواند مقداری از حرکت (pc = Ec = hλ) خود را به الکترون منتقل کند.اشعه ایکس بسیار پرانرژی است و دارای انرژی اتصال بسیار بیشتر از الکترون اتمی (در محدوده keV) است. بنابراین هرگاه بر روی یک الکترون اتمی رخ دهد ، الکترون آزاد می شود. آزمایش کامپتون ثابت کرد که نور می تواند مانند یک جسم از ذرات مانند (کوانتای انرژی) رفتار کند ، که انرژی آنها متناسب با فرکانس موج نور است. اگر فوتون دارای انرژی کم اما کافی مربوط به نور مرئی و اشعه X باشد ، می تواند به جای اینکه تحت پراکندگی کامپتون قرار بگیرد ، الکترون را از اتم میزبان خود به طور کامل خارج کند (فرایندی که به عنوان اثر فوتوالکتریک شناخته می شود).
یک الکترون را در حالت استراحت در نظر بگیرید. یک فوتون اشعه ایکس از سمت چپ در حال آمدن است و همانطور که نشان داده شده است روی الکترون رخ می دهد.
الکترون همانطور که انتظار می رود در برخورد ذرات با انتقال مومنت مقداری انرژی بدست آورد. بنابراین فوتون مقداری انرژی از دست می دهد و الکترون مقداری را به دست می آورد. بگذارید λ طول موج فوتون حادثه و λ ′ همان فوتون پراکنده باشد. انرژی اصلی فوتون اکنون برابر است با جمع انرژی به دست آمده توسط الکترون و انرژی فوتون پراکنده در صورت نیاز به صرفه جویی در انرژی. در اینجا θ نشان دهنده زاویه پراکندگی فوتون است. کامپتون همچنین شامل این احتمال بود که برهم کنش فوتون با الکترون ، سرعت الکترون را به سرعت کافی نزدیک به سرعت نور می رساند و برای توصیف صحیح انرژی و حرکت آن ، به استفاده از نظریه نسبیت خاص اینشتین نیاز دارد. اصل اساسی مورد استفاده در استخراج پراکندگی کامپتون ، صرفه جویی در انرژی و حرکت است.با توجه به مومنتوم من این معادلات را مینویسم
از این رو$ E_\gamma+E_e=E_{\gamma^\prime}+E_{e^\prime}\longrightarrow{conserva tion\space of\space energy}$
جایی که سمت چپ انرژی فوتون و الکترون را قبل از برخورد نشان می دهد یک سمت راست انرژی فوتون و الکترون را پس از برخورد نشان می دهد. (نخست نشانگر ارتباط پارامتر با پراکندگی است).
همچنین$ \vec{p_{\gamma}}+\vec{p_{e}}=\vec{p_{\gamma^\prime}}+\vec{p_{e^\prime}}$
از آنجا که حرکت اولیه الکترون در حالت استراحت صفر است ، می نویسیم$\vec{p_{\gamma}}=\vec{p_{\gamma^\prime}}+\vec{p_{e^\prime}}\longrightarrow{conservation\space of\space momentum}$با توجه به اثرات نسبی ،
$E_e=m_e c^2 \space \space \space (m_e-rest\space mass\space of\space electron) $
$E_{e^\prime}=\sqrt{(p_{e^\prime}c)^2+(m_e c^2)^2} $اشاره به حفظ معادله انرژی
$ E_{e^\prime}=\sqrt{(p_{e^\prime}c)^2+(m_e c^2)^2}$مرتب سازی مجدد هر دو طرف و مربع
$(p_{e^\prime}c)^2= (\frac{hc}{\lambda}+m_e c^2-\frac{hc}{\lambda^\prime})^2-m_e^2 c^4 $یا
$(p_{e^\prime}c)^2=(\frac{hc}{\lambda})^2+(\frac{hc}{\lambda^\prime})^2+(\frac{1}{\lambda}-\frac{1}{\lambda^\prime})2hcm_e c^2-\frac{2h^2c^2}{\lambda \lambda^\prime}\longrightarrow(1) $ من از این عبارت می توانم به اندازه فوتون پراکنده پی ببرم. باید دید که حرکت به دست آمده توسط الکترون پراکنده بیشتر از حرکت از دست رفته توسط فوتون خواهد بود. این نتیجه اثر نسبی است زیرا حتی اگر حرکت اولیه الکترون صفر باشد ، دارای انرژی استراحت است).اکنون ، از حفظ معادله حرکت ، می نویسم با استناد به محصول اسکالر مومنتوم
$p_{e^\prime}^2=\vec{p_{e^\prime}}\cdot \vec{p_{e^\prime}}=(\vec{p_\gamma}-\vec{p_{\gamma^\prime}})\cdot (\vec{p_\gamma}-\vec{p_{\gamma^\prime}}) $یا توسط کسینوس
$p_{e^\prime}^2=p_\gamma^2+p_{\gamma^\prime}^2-2p_\gamma p_{\gamma^\prime} \cos\theta $ضرب هر دو طرف در c2 ، ما داریم
$p_{e^\prime}^2 c^2=p_\gamma^2 c^2+p_{\gamma^\prime}^2 c^2-2c^2 p_\gamma p_{\gamma^\prime} \cos\theta $برای یک فوتون E = pc = hc / λ. بنابراین ، دو اصطلاح اول در سمت راست معادله فوق به ترتیب مربع انرژی های حادثه و فوتون های پراکنده را نشان می دهد. از این رو می نویسم
$p_{e^\prime}^2 c^2=(\frac{hc}{\lambda})^2+(\frac{hc}{\lambda^\prime})^2-\frac{2h^2c^2\cos\theta}{\lambda \lambda^\prime}\longrightarrow(2) $مقایسه هر دو معادله (1) و (2) که داریم
$(\frac{1}{\lambda}-\frac{1}{\lambda^\prime})2hcm_e c^2-\frac{2h^2c^2}{\lambda \lambda^\prime}=-\frac{2h^2c^2\cos\theta}{\lambda \lambda^\prime}$
یا$(\lambda^\prime-\lambda)m_e c-h=-h\cos\theta\Rightarrow (\lambda^\prime-\lambda)m_e c={h}(1-\cos\theta)$
یا${\color{red}{ \Delta\lambda=(\lambda^\prime-\lambda)=\frac{h}{m_ec} (1-\cos\theta)}} $که باعث تغییر در طول موج فوتون پراکنده و حادثه ای می شود ، Compton Shift نامیده می شود
واضح است که وقتی θ = 00 ، هیچ تغییری در طول موج وجود نخواهد داشت ، این بدان معنی است که اگر فوتون حادثه بدون تغییر حرکت کند ، در انرژی فوتون تغییری حاصل نمی شود. این بدان معنی است که در مسیر آن هیچ الکترونی وجود نخواهد داشت. وقتی θ = 180 باشد ، فوتون حادثه منعکس می شود و تغییر در طول موج حداکثر خواهد بود ، یعنی فوتون و تغییر مربوط به حداکثر انرژی است که الکترون می تواند بدست آورد.امیدوارم در فهم مو ضوع کمکی کرده باشم .
تصویر

ارسال پست