Što su KATODIČKE ZRAKE i njihove karakteristike

Možda ne znate što su katodne zrake, ali sigurno ste okruženi uređaji koji rade zahvaljujući njima: stari televizori i monitori koji se trenutno zamjenjuju drugim tehnologijama koje omogućuju proizvodnju ravnih zaslona i puno lakših; osciloskopi koji nam omogućuju mjerenje signala svih vrsta i koje možemo pronaći na toliko različitih mjesta kao što su bolnice, mehaničke radionice ili studiji za snimanje... U ovoj lekciji od PROFESORA vi objašnjavamo što su katodne zrake i njihove karakteristike, koja svojstva imaju i koje su im glavne primjene.

Indeks

1. Što su katodne zrake - jednostavna definicija
2. Otkriće katodnih zraka
3. Koje su karakteristike katodnih zraka?
4. Gdje se koriste katodne zrake? Najvažnije primjene

Katodne zrake su struje elektrona Emitira ih katoda (negativna elektroda) u vakuumskoj cijevi.

A vakuumska cijev To je cijev zatvorena ventilima iz kojih je izvučen gotovo sav plin koji je sadržavao, stvarajući tako prostor

Potencijalna razlika uzrokuje izlaz od elektroni(subatomske čestice negativno nabijen) od katode (negativne elektrode) da stvori struju koja je usmjerena prema anodi (pozitivna elektroda). Ova generirana struja elektrona postaje vidljiva u obliku blijedozeleni sjaj, koji potječe od katode i usmjeren je prema anodi.

Slika: 100cia.site

Katodne zrake otkrivene su zahvaljujući eksperimentima koje su proveli William Crookes. Ovaj britanski znanstvenik iz 19. stoljeća osmislio je vakuumske cijevi različitih izvedbi u koje su ugrađene elektrode.

The eksperimenti koje je proveo Crookes dovelo je do otkrića katodnih zraka kojima je omogućeno da se utvrde njihova glavna svojstva i, kasnije, u otkrivanje elektrona. Osim kriva cijev postao je instrument za znanstveno istraživanje koji je i danas prisutan u mnogim znanstveno-istraživačkim laboratorijima.

Studije katodnih zraka pomoću ove vrste svjetlosne cijevi omogućuju definiranje sljedećih karakteristika ovog elektronskog toka:

• Katodne zrake putuju u pravoj liniji, baš poput svjetlosti; u nedostatku električnih ili magnetskih polja.
• Oni su zaustavljene fizičkim zaprekama dovoljno debela (poput metalne ploče od nekoliko milimetara) i bacaju sjene na isti način na koji to čini svjetlost kada udara u neprozirne materijale.
• The brzina elektrona katodnih zraka se povećava. I povećanjem vakuum u katodnoj cijevi. Što je veći vakuum, to je veći intenzitet nastalih katodnih zraka. To je zato što prisutnost atoma u visokim koncentracijama sprječava cirkulaciju elektrona i, prema tome, emisiju katodnih zraka. Što je stariji razlika potencijala između dvije elektrode katodne cijevi.
• Katodne zrake (struje negativno nabijenih elektrona) skreću se kad su izloženi magnetskom ili električnom polju. To je svojstvo koje se ne javlja u slučaju svjetlosti.
• Katodne zrake oslobađaju energiju u obliku topline, budući da transformiraju svoju kinetičku energiju (energiju povezanu s kretanjem) u toplinsku energiju (toplinu).
• Katodne zrake su sposobni prouzročiti nekekemijske reakcije slične onima koje uzrokuje svjetlost, poput tiska na fotografskoj ploči.
• Katodne zrake ionizirati plinove koji se u malim količinama nalaze u praznoj cijevi.

Fluorescencija

Sljedeća karakteristika najvažnijih katodnih zraka je ta što uzrokuju pojave fluorescencija u određenim materijalima poput stakla ili cinkovog sulfida.

Fluorescencija je sposobnost nekih materijala da emitiraju svjetlost. Ova se pojava događa kada se elektroni katodnih zraka sudare s materijalom i prenose svoju kinetičku energiju na njegove atome.

Ova energija koju apsorbiraju atomi generira pobudu njihovih elektrona koji skaču na višu razinu energije. Pobuđeni elektroni brzo se vraćaju u početni položaj na nižoj razini energije. Energija oslobođena u skoku natrag u početno energetsko stanje ima vidljivu valnu duljinu (fluorescencija).

Slika: Dijapozitiv

Katodne zrake otkrivene su zahvaljujući eksperimentima koje je izveo William Crookes. Ovaj britanski znanstvenik iz 19. stoljeća osmislio je vakuumske cijevi različitih izvedbi u koje su ugrađene elektrode. Pokusi koje je provodio Crookes doveli su do otkrića katodnih zraka i omogućili utvrđivanje njihovih glavnih svojstava. Uz to, Crookesova cijev postala je instrument znanstvenog istraživanja koji je i danas prisutan u mnogim znanstveno-istraživačkim laboratorijima.

CTR (Catodic Tube Rays) tehnologija

Današnja tehnologija katodne cijevi (CTR) temelji se na vakuumska cijev dizajnirao Crookes, ali je uključio neke elemente koji omogućuju njegovu upotrebu u raznim aplikacijama.

Karakteristike trenutnih katodnih cijevi

Trenutno su CTR vakuumske cijevi koje sadrže tri temeljna elementa:

• Uključivanje magnetskih polja koji omogućuju odstupanje smjera katodnih zraka dopuštajući njihovu manipulaciju. Uključivanje magnetskih polja za preusmjeravanje strujanja elektrona nastalo je zahvaljujući istraživanjima koje je J.Thomson proveo s Crookesovom vakuumskom cijevi.
• Premazi cijevi s fluorescentnim materijalom koji proizvodi puno intenzivniji odziv svjetlosti jer se, zahvaljujući fenomenu fluorescencije, važan dio katodnih zraka koji nisu vidljivi pretvara u svjetlost. Ova prevlaka nastala je zahvaljujući eksperimentima F. Brauna, koji je eksperimentirao na cijevima W. Crookesa s fenomenima fluorescencije.
• Uključivanje vrućih katoda. Crookesova cijev ne ovisi o temperaturi za svoj rad. Međutim, zapažanje T. Edisona da toplina uzrokuje emisiju iona u nekim materijalima primijenjeno je na vakuumske cijevi. Ugrađene su takozvane vruće katode koje su sposobne emitirati ione zagrijavanjem. Na taj način rad vakuumske cijevi prestaje ovisiti o prisutnosti zaostalog zraka u njoj.

Glavne primjene

• Izmjerite brzinu i masu elektrona: Ova se svojstva mogu izmjeriti u CTR-u koji uključuje električno i magnetsko polje koje se međusobno poništavaju i omogućuju mjerenje brzine elektrona i njihove mase.
• Osciloskop: Ovaj se uređaj sastoji od CTR-a koji uključuje promjenjivo magnetsko polje koje uzrokuje horizontalno skeniranje katodnih zraka na projekcijskom platnu na kraju cijevi. Kad je ovaj aparat povezan s instrumentom koji mjeri bilo koji fizički parametar i koji je sposoban pretvoriti u električne signale, koji se reproduciraju na osciloskopu kao vertikalne oscilacije snop svjetlosti. Jedan je od najsvestranijih mjernih instrumenata koji postoje i koristi se u mnoštvu mjerenja poput: otkucaja srca, tlaka, razine zvuka, vibracija itd.
• Televizijski zasloni i monitori: Trenutno CTR tehnologija nestaje u korist naprednijih, poput ravnih zaslona s tekućim kristalima (LCD) ili emitirajućih dioda (LED-a), koje omogućuju drastično smanjenje veličine i težine zaslona uz duži vijek trajanja. Međutim, ova se tehnologija koristila na TV ekranima i monitorima sve do prije nekoliko godina od 50-ih godina prošlog stoljeća.

Ako želite pročitati više članaka sličnih Što su katodne zrake i njihove karakteristike, preporučujemo da uđete u našu kategoriju Atom.

Steven Weinberg (1985.).Subatomske čestice. Barcelona: Scientific Press S.A