سلسلة الثوابت الكونية / ثابت شحنة الإلكترون
يوجد ( 26 رقم ) هم الذين يحكمون آلية عمل
الكون كله ( الثوابت الكونية الفيزيائية ) وهى تكون عبارة عن أرقام تعبر عن طبيعة
الكون وتحكمه وتكون ثابتة فى أى زمان أو مكان فى الكون ( Universe ) كثوابت (
البنية الدقيقة ( ألفا ) ) وثابت سرعة الضوء فى الفراغ وثابت الجاذبية وثابت بلانك
وثابت هابل وكتل الإلكترونات والكواركات والثابت الكونى يحسب سرعة تمدد الكون ومن
أغرب ألغاز الفيزياء ( ثابت البنية الدقيقة ( 137 / 1 ) = a ) هو السبب
فى تكون كون بمنتهى الدقة والذى يؤكد وجود خالق للكون وثابت سرعة الضوء وثابت
بلانك وثابت هابل حيث أن هذه الأرقام هى التى تشكل الكون وينتج عن هذه الأرقام كون
بمنتهى الدقة وأى تغيير طفيف فى أحد الثوابت الكونية فالكون ينتهى فى لحظة واحدة .
وتوجد ( شحنة الإلكترون ) والتى تعتبر أقل
شحنة فى الكون فممكن أى جسم يمتلكها فكيف تم اكتشاف كتلة الإلكترون وشحنة البروتون
؟ وما هى أهميتهم فى الثوابت الكونية ؟ وكيف تم اكتشاف الثوابت الكونية ؟
فى ( ق / 18 ) اكتشف ( فرنكلين ) أن الكهرباء
لها نوعين من الشحنات ( موجب / سالب ) ( + / - ) وبعدها ب ( 50 ) سنة حيث جاء (
قانون كولم ) الذى من خلاله يمكن حساب القوى المتبادلة بين أى جسمين يحملوا شحنة
كهربية حيث أن الشحنات المتشابهة تتنافر والشحنات المختلفة تتجاذب لكن لم يتم
تحديد طبيعة الشحنات ومن الذى يحمل الشحنات ؟ ولماذا هى موجودة بشكل معين ؟
وفى ( ق / 19 ) ظهر لغز أشعة ( الكاثود /
الآنود ) التى كانت سبب رئيسى فى اكتشاف ( الإلكترون ) ففى سنة ( 1897 ) اكتشف (
طومسون ) جسيم كتلته أصغر ب ( 1800 مرة ) من كتلة ذرة الهيدروجين والجسيم هو (
الإلكترون ) وبعد / 16 سنة أى سنة ( 1913 ) جاء ( ميلكان ) حيث درس الإلكترون وقام
بتجربة ( نقطة الزيت ) ومن خلال التجربة تمكن من حساب شحنة الإلكترون بمنتهى الدقة
حيث أن التجربة استخدمت وعاء به لوحين من المعدن وتم توصيلهم بالكهرباء ليحدث مجال
كهربى بين اللوحين المعدنيين وتم توصيل القطب الموجب باللوح فى الأعلى والقطب
السالب باللوح فى الأسفل بحيث أن اللوح فى الأعلى تكون شحنته موجبة واللوح فى
الأسفل تكون شحنته سالبة فعن طريق استخدام بخاخة يوجد بها زيت وتم تثبيتها فى فتحة
بالوعاء من فوق وبدأ يضخ قطرات صغيرة جدا من الزيت فوق اللوح الأعلى والذى به فتحة
صغيرة فى المنتصف وكلما تم توصيل الكهرباء للوحين من المعدن بدأت قطرات الزيت تنزل
لتحت تحت تأثير الجاذبية ولقد تم تركيب
( ميكروسكوب ) فى فتحة بين اللوحين المعدنيين
ليراقب قطرات الزيت وعن طريق سرعة سقوطها حسب كتلتها بدأ بتوصيل الكهرباء للوحين
المعدنيين ويغير فى الفولت الخاص باللوحين المعدنيين حيث أصبح لديه قوتان عكس بعض
يؤثروا على نقطة الزيت التى ستهبط من فوق إلى تحت عن طريق قوة الجاذبية والقوة
الكهربية التى نتجت من المجال الكهربى بين اللوحين المعدنيين فعن طريق حساب شحنة (
الإلكترون ) فما علاقة قطرات الزيت بشحنة الإلكترون ؟ حيث وجدت فكرة بسيطة وعبقرية
فى نفس الوقت عن طريق تحرير إلكترونات من الهواء موجود فى الفراغ بين اللوحين
المعدنيين عن طريق توجيه الأشعة السينية على الهواء حيث جعل الهواء يتأين
والجزيئات التى يتكون منها تفقد إلكترونات ويحررها والإلكترونات ستقابل قطرات
الزيت النازلة وتجعل الشحنات سالبة حيث بدأ ( ميلكان ) يزود فى الفولت وبدأ المجال
الكهربى بين اللوحين المعدنيين ويركز على نقطة زيت واحدة من خلال الميكروسكوب
والتى كانت مشحونة بإلكترون سالب وبدأت سرعة سقوط قطرة الزيت تقل كلما زاد الفولت
لأنها بدأت تنجذب لفوق تجاه اللوح الموجب لأن شحنتها سالبة فنقطة الزيت عليها
قوتان عكس بعض قوة الجاذبية التى تشدها لتحت والقوة الكهربية التى تشدها لفوق وبدأ
( ميلكان ) يقلل ويزود فى الفولت حتى وصل لقيمة عندها قطرة الزيت أصبحت ثابتة
وطائرة فى الهواء لأن قيمة الفولت تعبر عن شحنة الإلكترون لأن عند هذا الفولت تكون
قوة الجاذبية = القوة الكهربية حيث تكون قطرة الزيت معلقة فى الهواء بين القطبين
الموجب والسالب وبمعرفة كتلة قطرة الزيت والتسارع بسبب الجاذبية والذى = نفس مقدار
القوة الكهربية التى تساوى قوة الجاذبية وثبتت قطرة الزيت فى الهواء بسبب المجال
الكهربى الموجود على اللوحين المعدنيين مضروب فى الشحنة الموجودة على قطرة الزيت حيث
أصبح لديه معادلة بها مجهول واحد ( شحنة الإلكترون ) وتمكن من حسابها بكل سهولة
وبما أن قوة الجاذبية تعتمد على الكتلة والقوة الكهربية تعتمد على الشحنة وفرق
الجهد حيث قام بضبط الفولت حتى أصبحت القوتان متساويتان وبمعرفة كتلة قطرة الزيت
وتسارعها والمجال الكهربى لا يوجد سوى الشحنة حيث يمكن حسابها بسهولة ولقد كررت
نفس التجربة على كتل مختلفة من قطرة الزيت حيث تم حساب شحنة الإلكترون فى كل مرة
وفى كل الأحوال لها قيمة محددة رياضيا حيث أن حساب أى من الثوابت الكونية حيث تكون
قيمتها ثابتة فى أى مكان فى الكون وشحنة الإلكترون تكون فى جسيمات أخرى بنفس
القيمة ولكنها مختلفة فى الشحنة حيث أن الإلكترون سالب الشحنة والبوزيترون موجب
الشحنة والبوزيترون هو الجسيم المضاد للإلكترون وهذه أصغر شحنة كهربية ممكن يحملها
أى جسيم فى الكون كله أو أصغر قيمة كهربية فى الكون حيث أن الشحنة تزيد بنفس
المقدار لأنها تعتبر كوانتم أو كم من الطاقة ومن ضمن ( 10 إلكترونات ) تضرب شحنة
الإلكترون
× 10 سيعطى قيمة شحنة ( 10 إلكترونات ) ولو
وجد ( 100 إلكترون ) يضرب شحنة الإلكترون × 100 سيعطى قيمة
( 100 إلكترون ) حيث ستبقى دائما رقم صحيح
لكن هذا لا ينطبق على الجسيمات الأصغر من الإلكترون كالكواركات التى تحمل ثلث
الشحنة لكن الكواركات لا تكون منفردة فى الطبيعة ليمكن رصد ثلث الشحنة حيث أن
الكواركات لها ( 6 حالات )
1 ) أعلى
2 ) أسفل 3 ) فوق 4 ) تحت
5 ) يمين 6 ) شمال
لكنها موجودة مع جسيمات أخرى لتكون شحنة
الإلكترون الأصلية فشحنة الإلكترون مهمة جدا حيث أنه يوجد كمية كبيرة من التفاعلات
الكيميائية الموجودة فى الكون كله وأجسام البشر فتم من خلال فقد واكتساب غلكترونات
لكى يتم تكوين روابط جديدة والإلكترونات يكون لها طاقة معينة فى مستويات الطاقة بالإضافة
لقيمة الثابت الخاص بشحنة الإلكترون فعن طريق الزيادة أو النقصان فى شحنة
الإلكترون فلا يوجد أى جزيئات ولا مركبات تتكون كما هى معروفة بشكلها الحالى حيث
يوجد عدم استقرار فى الذرة لأن البروتون يحمل نفس قيمة الشحنة ولكن بالموجب فالذرة
لن تكون متعادلة كهربيا حيث أن شحنة الإلكترون تستخدم كوحدة للطاقة خصوصا فى
الفيزياء الذرية والنووية ( إلكترون فولت ) والإلكترون فولت هو مقدار الطاقة
الحركية التى اكتسبها إلكترون واحد لما طبق عليه فرق جهد = ( 1 فولت ) وبما أن
الطاقة والكتلة مرتبطين ببعض وبمعرفة شحنة الإلكترون وباستخدام قانون معين استخدم
من خلال تجربة ( كاثود راى تيوب ) والتى يتم فيها توضيح العلاقة بين شحنة وكتلة
الإلكترون فيمكن معرفة شحنة الإلكترون فى معرفة كتلة الإلكترون التى تساوى قيمة
معينة وثابتة فيمكن اشتقاق من قيمة شحنة الإلكترون ثوابت كونية أخرى كما فى حالة (
البلازما ) وهى الحالة ( 4 ) من حالات المادة حيث تم استخدام الإلكترون فولت كوحدة
لقياس درجة الحرارة وعن طريق تحويلها لكلفن من خلال ثابت ( بولترمان ) فما هى
الطاقة الكهربية حيث أن الكهرباء واحدة من أهم الظواهر الناتجة عن حركة
الإلكترونات التى تحمل شحنة ثابتة لكل إلكترون وواحدة من أبسط الطرق ليمكن رؤية
التأثير الخاص بحركة الإلكترونات حيث سيتم انتقال الإلكترونات فليست كل
الإلكترونات مسؤولة عن توليد تيار كهربى حيث أن عدد الإلكترونات الموجودة فى آخر
مستوى طاقة رئيسى لكل ذرة فالذرة بها ( 7 مستويات طاقة ) رئيسية ( K – L
– M – N – O – P – Q
) فعن طريق استخدام عنصر ( النحاس ) المستخدم فى صناعة أسلاك الكهرباء حيث سنجد أن
ذرة النحاس فى آخر مستوى طاقة خارجى ( إلكترونات التكافؤ ) لديه إلكترون واحد
والإلكترون يمكن أن يتحرك بين كل ذرة وأخرى ويتكون سيل من الإلكترونات والتيار
الكهربى حيث أن للكهرباء عنصر النحاس وهو مادة جيدة التوصيل للكهرباء وأغلب
المعادن تكون جيدة التوصيل للكهرباء أما لو كانت الذرة لا توصل كهرباء فسنجد أن
المستوى الأخير من الذرة ملىء بالإلكترونات كالغازات الخاملة والبلاستيك أما لو
كانت الذرة بتوصل كهرباء ولكن ليس بكفاءة عالية فيكون بسبب أن المستوى الأخير من
الطاقة يكون نصفه هو الملىء بالإلكترونات ولكن الإلكترونات وهى تسير فى السلك
الكهربى دائما يوجد مقاومة نتيجة احتكاك الإلكترونات مع أنوية الذرات التى حولها
حيث كانت الإلكترونات سائرة بين الذرات والذرات والإلكترونات تهتز ونتيجة
للاهتزازات الكثيرة ترتفع درجة الحرارة ويتم فقد جزء من الطاقة نتيجة المقاومة
الموجودة حتى فى الأسلاك الجيدة التوصيل للكهرباء حيث نجد فقد فى الطاقة .
س : ما الذى سوف يحدث عندما يتم التغلب على
المقاومة وتجعل الإلكترونات تسير فى السلك الكهربى وبدون الاصطدام بأى شىء ؟ .
ففى سنة ( 1908 ) حيث تم معرفة خواص المواد
التى توضع تحت تأثير درجة حرارة قليلة جدا حيث ظهرت نتائج غريبة فعندما تنخفض درجة
حرارة الزئبق إلى ( 2.4 كلفن ) وهذه أعلى من الصفر المطلق الذى هو أقل درجة حرارة
فى الكون كله
ب ( 4 درجات ) حيث أن الزئبق الذى يبرد لهذه
الدرجة حيث تم توصيل الكهرباء بسرعة عالية جدا وكذلك غاز الهليوم حيث أن الهليوم
غاز خامل ولا يوصل كهرباء عندما يتحول من غاز إلى سائل يوصل كهرباء بسرعة عالية
جدا حيث أن درجات الحرارة المنخفضة للإلكترونات تسير بين الذرات من غير أن تتأثر
بالنواة والإلكترونات الأخرى ولا يحدث عندها أى فقد للطاقة والمقاومة تكون صفر فعن
طريق الرجوع لأصل الإلكترون لكى يتم فهم فيزياء الجسيمات حيث يوجد نوعين بشكل
أساسى من الجسيمات : 1 ) جسيمات ( فيرميون
) كالإلكترونات والبروتونات والنيوترونات والبوزيترونات والجالونات والكواركات ومن
خصائصها أن العدد المغزلى لها أو طريقة الدوران لا يكون رقم صحيح كالإلكترونات
التى تكون إما
( + 5.0 أو – 5.0 ) حيث أن العدد لا يكون رقم
صحيح والفرميونات تخضع لمبدأ باولى فى الاستبعاد حيث أنه لا يوجد نوعين من
الإلكترون موجودين فى نفس المكان وعددهم نفس الحالة الكمية يعنى الإلكترونات
الموجودة فى نفس المدار سيكون لديهم عدد مغزلى مختلف فإذا كان أحدهم يسير فى اتجاه
فالآخر يسير فى اتجاه مختلف .
أما النوع الثانى من الجسيمات ( البوزونات )
ومنها ( الفوتونات ) وتخضع لمبدأ إحصاء ( بوز آينشتاين ) والذى يوجد فيه هذه
الجسيمات ويمكن أن يكون لديها نفس الحالة الكمية فمن الممكن وجود فوتونيين شبه بعض
وموجودين فى نفس مستوى الطاقة حيث أنها تمتلك دوران مغزلى عدد صحيح سواء كان ( 0 /
1 / 2 ) لكن فى درجات الحرارة الفليلة جدا نجد أن الإلكترون ينتمى لمجموعة (
الفرميونات ) ويتصرف بخواص ( البوزونات ) فمن الممكن وجود ( 2 إلكترون ) متشابهين
ونتيجة أن الإلكترونات تسير بطريقة منظمة وكل إلكترون مرتبط بالآخر من دون أن
يصطدم بإلكترون آخر أو حتى فى النواة والترابط لا يوجد إلا فى درجات الحرارة
المنخفضة جدا ونتيجة للترابط نجد أنه لا يوجد فقد فى الطاقة لما الإلكترونات تسير
داخل الجسيم حيث تظهر ( الموصلات الفائقة ) كما توجد ظاهرة أخرى عن طريق رؤية
تأثير القوى المغناطيسية على الموصلات الفائقة والمواد فائقة التوصيل للكهرباء حيث
أن هذه المواد تجعل المغناطيس يبقى معلقا فى الجو لأن المجال المغناطيسى الخارج من
المغناطيس لا يسمح للمواد بأنها تعدى وهذه الظاهرة جعلت اختراع نظام قطارات حديث (
القطارات المغناطيسية ) ويعتمد على أن القطارات لا تسير على القضبان مطلقا وتبقى
مرفوعة عن الأرض بفعل القوى المغناطيسية والموصلات فائقة التوصيل مما يجعل
القطارات تصل لسرعات خيالية لأنه لا يوجد أى احتكاك ناتج عن حركة عجلات القطار على
القضبان حيث أن سرعة ( القطار المغناطيسى ) ( 600 كم / س ) .
أسامه ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف
14 / 6 / 2023
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق