Que sont les RAYONS CATHODIQUES et leurs caractéristiques

Vous ne savez peut-être pas ce que sont les rayons cathodiques, mais vous êtes sûrement entouré de des appareils qui fonctionnent grâce à eux: les anciens téléviseurs et moniteurs qui sont actuellement remplacés par d'autres technologies qui permettent la fabrication d'écrans plats et beaucoup plus légers; Des oscilloscopes qui nous permettent de mesurer des signaux de toutes sortes et que l'on peut trouver dans tant d'endroits différents comme les hôpitaux, les ateliers de mécanique ou les studios d'enregistrement... Dans cette leçon d'un PROFESSEUR, vous nous expliquons que sont les rayons cathodiques et leurs caractéristiques, quelles propriétés ont-ils et quelles sont leurs principales applications.

Indice

1. Que sont les rayons cathodiques - Définition facile
2. Découverte des rayons cathodiques
3. Quelles sont les caractéristiques des rayons cathodiques ?
4. Où sont utilisés les rayons cathodiques? Les applications les plus importantes

Les rayons cathodiques sont des courants d'électrons Ils sont émis par la cathode (électrode négative) dans un tube à vide.

UNE tuyau d'aspirateur C'est un tube fermé par des vannes d'où presque tout le gaz qu'il contenait a été extrait, créant ainsi un espace pratiquement dépourvu d'atomes. Les électrodes sont connectées à une source haute tension externe qui établit une différence de potentiel élevée entre les deux électrodes dans le tube.

La différence de potentiel provoque la sortie de électrons(particules subatomiques chargée négativement) de la cathode (électrode négative) pour créer un courant qui est dirigé vers l'anode (électrode positive). Ce flux d'électrons ainsi généré devient visible sous la forme d'un lueur vert pâle, qui provient de la cathode et est dirigé vers l'anode.

Image: 100cia.site

Les rayons cathodiques ont été découverts grâce à des expériences menées par William Crookes. Ce scientifique britannique du XIXe siècle a conçu des tubes à vide de différentes conceptions auxquels des électrodes avaient été incorporées.

Les expériences menées par Crookes conduit à la découverte des rayons cathodiques a permis de déduire leurs principales propriétés et, plus tard, dans le découverte d'électrons. De plus le escrocs tube il est devenu un instrument de recherche scientifique encore présent aujourd'hui dans de nombreux laboratoires de recherche scientifique.

Les études par rayons cathodiques utilisant ce type de tube lumineux permettent de définir les caractéristiques suivantes de ce flux d'électrons :

• Rayons cathodiques ils voyagent en ligne droite, tout comme la lumière; en l'absence de champs électriques ou magnétiques.
• Ils sont arrêté par des barrières physiques assez épais (comme une plaque de métal de quelques millimètres) et projette des ombres de la même manière que la lumière le fait lorsqu'elle tombe sur des matériaux opaques.
• La vitesse des électrons des rayons cathodiques augmente. Et en augmentant vide dans le tube cathodique. Plus le vide est grand, plus l'intensité des rayons cathodiques générés est importante. En effet, la présence d'atomes en forte concentration empêche la circulation des électrons et donc l'émission de rayons cathodiques. Plus il est vieux la différence de potentiel entre les deux électrodes du tube cathodique.
• Rayons cathodiques (courants d'électrons chargés négativement) ils dévient lorsqu'ils sont soumis à un champ magnétique ou à un champ électrique. C'est une propriété qui ne se produit pas dans le cas de la lumière.
• Rayons cathodiques libérer de l'énergie sous forme de chaleur, puisqu'ils transforment leur énergie cinétique (énergie associée au mouvement) en énergie thermique (chaleur).
• Les rayons cathodiques sont capable de causer certainsréactions chimiques similaires à celles causées par la lumière, comme l'impression sur une plaque photographique.
• Rayons cathodiques ioniser les gaz qui sont contenus, en petites quantités, dans le tube vide.

Fluorescence

Une autre caractéristique des rayons cathodiques les plus importants est qu'ils provoquent des phénomènes de fluorescence dans certains matériaux comme le verre ou le sulfure de zinc.

La fluorescence est la capacité de certains matériaux à émettre de la lumière. Ce phénomène se produit lorsque les électrons des rayons cathodiques entrent en collision avec le matériau et transmettent leur énergie cinétique à ses atomes.

Cette énergie absorbée par les atomes génère l'excitation de leurs électrons, qui sautent à des niveaux d'énergie plus élevés. Les électrons excités reviennent rapidement à leur position initiale à un niveau d'énergie inférieur. L'énergie libérée lors du retour à l'état énergétique initial a une longueur d'onde visible (fluorescence).

Image: partage de diapositives

Les rayons cathodiques ont été découverts grâce aux expériences menées par William Crookes. Ce scientifique britannique du XIXe siècle a conçu des tubes à vide de différentes conceptions auxquels des électrodes avaient été incorporées. Les expériences menées par Crookes ont conduit à la découverte des rayons cathodiques et ont permis d'en déduire leurs principales propriétés. De plus, le tube de Crookes est devenu un instrument de recherche scientifique encore présent aujourd'hui dans de nombreux laboratoires de recherche scientifique.

Technologie CTR (Catodic Tube Rays)

La technologie actuelle des tubes à rayons cathodiques (CTR) est basée sur la tuyau d'aspirateur conçu par Crookes, mais a incorporé quelques éléments qui permettent son utilisation dans diverses applications.

Caractéristiques des tubes cathodiques actuels

Actuellement, les CTR sont des tubes à vide qui intègrent trois éléments fondamentaux :

• Incorporation de champs magnétiques qui permettent de dévier la direction des rayons cathodiques permettant leur manipulation. L'incorporation de champs magnétiques pour détourner le flux d'électrons est due aux investigations menées par J.Thomson avec le tube à vide de Crookes.
• Revêtements de tubes avec matériau fluorescent qui produit une réponse lumineuse beaucoup plus intense car, grâce au phénomène de fluorescence, une partie importante des rayons cathodiques qui ne sont pas visibles, se transforme en lumière. Ce revêtement est dû aux expériences de F. Braun, qui a expérimenté avec les tubes de W. Crookes les phénomènes de fluorescence.
• Incorporation de cathodes chaudes. Le tube de Crookes ne dépend pas de la température pour son fonctionnement. Cependant, l'observation de T. Edison selon laquelle la chaleur provoque l'émission d'ions dans certains matériaux a été appliquée aux tubes à vide. Des cathodes dites chaudes ont été incorporées, capables d'émettre des ions lorsqu'elles sont chauffées. De cette manière, le fonctionnement du tube à vide cesse de dépendre de la présence d'air résiduel à l'intérieur de celui-ci.

Principales applications

• Mesurer la vitesse et la masse des électrons: Ces propriétés peuvent être mesurées dans un CTR qui intègre un champ électrique et un champ magnétique qui s'annulent et permettent de mesurer la vitesse des électrons et leur masse.
• L'oscilloscope : Ce dispositif est constitué d'un CTR qui intègre un champ magnétique variable qui provoque un balayage horizontal des rayons cathodiques, sur l'écran de projection au bout du tube. Lorsque cet appareil est connecté à un instrument qui mesure n'importe quel paramètre physique et est capable de traduire en signaux électriques, ceux-ci sont reproduits sur l'oscilloscope sous forme d'oscillations verticales du rayon de lumière. C'est l'un des instruments de mesure les plus polyvalents qui existent et est utilisé dans une multitude de mesures telles que: fréquence cardiaque, pression, niveaux sonores, vibrations, etc.
• Écrans et moniteurs de télévision : Actuellement, la technologie CTR est en train de disparaître au profit de technologies plus avancées, telles que les écrans plats à cristaux liquides (LCD) ou de diodes électroluminescentes (LED), qui permettent de réduire considérablement la taille et le poids des écrans en plus d'avoir une durée de vie plus longue. Cependant, cette technologie était utilisée dans les écrans de télévision et les moniteurs jusqu'à il y a quelques années à partir des années 50 du siècle dernier.

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Steven Weinberg (1985).Particules subatomiques. Barcelone: Scientific Press S.A