Cosa sono i RAGGI CATODICI e le loro caratteristiche

Potresti non sapere cosa sono i raggi catodici, ma sicuramente sei circondato da dispositivi che funzionano grazie a loro: vecchi televisori e monitor che vengono attualmente sostituiti da altre tecnologie che consentono la fabbricazione di schermi piatti e molto più leggeri; oscilloscopi che ci permettono di misurare segnali di ogni tipo e che possiamo trovare in tanti posti diversi come ospedali, officine meccaniche o studi di registrazione... In questa lezione di un PROFESSORE tu spieghiamo cosa sono i raggi catodici e le loro caratteristiche, quali proprietà hanno e quali sono le loro principali applicazioni.

Indice

1. Cosa sono i raggi catodici - Definizione facile
2. Scoperta dei raggi catodici
3. Quali sono le caratteristiche dei raggi catodici?
4. Dove vengono utilizzati i raggi catodici? Le applicazioni più importanti

I raggi catodici sono correnti di elettroni Sono emessi dal catodo (elettrodo negativo) in un tubo a vuoto.

UN tubo a vuoto È un tubo chiuso da valvole da cui è stato estratto quasi tutto il gas in esso contenuto, creando così uno spazio praticamente privo di atomi. Gli elettrodi sono collegati a una sorgente esterna ad alta tensione che stabilisce un'elevata differenza di potenziale tra i due elettrodi nel tubo.

La differenza di potenziale provoca l'uscita di elettroni(particelle subatomiche carica negativa) dal catodo (elettrodo negativo) per creare una corrente che è diretta verso l'anodo (elettrodo positivo). Questo flusso di elettroni così generato diventa visibile sotto forma di a bagliore verde pallido, che ha origine dal catodo ed è diretto verso l'anodo.

Immagine: 100cia.site

I raggi catodici sono stati scoperti grazie agli esperimenti condotti da William Crookes. Questo scienziato britannico del 19° secolo ha ideato tubi a vuoto di diversi design ai quali erano stati incorporati degli elettrodi.

Il esperimenti condotti da Crookes ha portato alla scoperta dei raggi catodici ha permesso di dedurre le loro principali proprietà e, successivamente, nel scoperta di elettroni. oltre al tubo di truffatori divenne uno strumento di ricerca scientifica ancora oggi presente in molti laboratori di ricerca scientifica.

Gli studi sui raggi catodici che utilizzano questo tipo di tubo luminoso consentono di definire le seguenti caratteristiche di questo flusso di elettroni:

• raggi catodici viaggiano in linea retta, proprio come la luce; in assenza di campi elettrici o magnetici.
• Sono fermato da barriere fisiche abbastanza spesso (come una lastra di metallo di pochi millimetri) e proietta le ombre allo stesso modo della luce quando colpisce materiali opachi.
• Il velocità dell'elettrone dei raggi catodici aumenta. E aumentando il vuoto nel tubo catodico. Maggiore è il vuoto, maggiore è l'intensità dei raggi catodici generati. Questo perché la presenza di atomi in alte concentrazioni impedisce la circolazione degli elettroni e, quindi, l'emissione di raggi catodici. Più è vecchio la differenza di potenziale tra i due elettrodi del tubo catodico.
• Raggi catodici (correnti di elettroni carichi negativamente) deviano quando sono soggetti a un campo magnetico o un campo elettrico. Questa è una proprietà che non si verifica nel caso della luce.
• raggi catodici rilasciare energia sotto forma di calore, poiché trasformano la loro energia cinetica (energia associata al movimento) in energia termica (calore).
• I raggi catodici sono in grado di causare alcunireazioni chimiche simili a quelli causati dalla luce, come la stampa su una lastra fotografica.
• raggi catodici ionizzare i gas che sono contenuti, in piccole quantità, nel tubo vuoto.

Fluorescenza

Un'altra caratteristica dei raggi catodici più importanti è che provocano fenomeni di fluorescenza in alcuni materiali come il vetro o il solfuro di zinco.

La fluorescenza è la capacità di alcuni materiali di emettere luce. Questo fenomeno si verifica quando gli elettroni dei raggi catodici entrano in collisione con il materiale e trasmettono la loro energia cinetica ai suoi atomi.

Questa energia assorbita dagli atomi genera l'eccitazione dei loro elettroni, che saltano a livelli energetici più elevati. Gli elettroni eccitati ritornano rapidamente alla loro posizione iniziale a un livello energetico inferiore. L'energia rilasciata nel salto di ritorno allo stato energetico iniziale ha una lunghezza d'onda visibile (fluorescenza).

Immagine: Slideshare

I raggi catodici sono stati scoperti grazie agli esperimenti condotti da William Crookes. Questo scienziato britannico del 19° secolo ha ideato tubi a vuoto di diversi design ai quali erano stati incorporati degli elettrodi. Gli esperimenti condotti da Crookes hanno portato alla scoperta dei raggi catodici e hanno permesso di dedurne le principali proprietà. Inoltre, il tubo di Crookes è diventato uno strumento di ricerca scientifica ancora oggi presente in molti laboratori di ricerca scientifica.

Tecnologia CTR (Catodic Tube Rays)

L'odierna tecnologia del tubo catodico (CTR) si basa sul tubo a vuoto progettato da Crookes, ma ha incorporato alcuni elementi che ne consentono l'utilizzo in varie applicazioni.

Caratteristiche degli attuali tubi a raggi catodici

Attualmente, i CTR sono tubi a vuoto che incorporano tre elementi fondamentali:

• Incorporazione di campi magnetici che permettono di deviare la direzione dei raggi catodici permettendone la manipolazione. L'incorporazione di campi magnetici per deviare il flusso di elettroni è dovuta alle indagini effettuate da J.Thomson con il tubo a vuoto di Crookes.
• Rivestimenti tubi con materiale fluorescente che produce una risposta alla luce molto più intensa perché, grazie al fenomeno della fluorescenza, una parte importante dei raggi catodici che non sono visibili, si trasforma in luce. Questo rivestimento è dovuto agli esperimenti di F. Braun, che sperimentò con i tubi di W. Crookes i fenomeni di fluorescenza.
• Incorporazione di catodi caldi. Il tubo di Crookes non dipende dalla temperatura per il suo funzionamento. Tuttavia, l'osservazione di T. Edison che il calore provoca l'emissione di ioni in alcuni materiali è stata applicata ai tubi a vuoto. Sono stati incorporati i cosiddetti catodi caldi che erano in grado di emettere ioni quando riscaldati. In questo modo il funzionamento del tubo sottovuoto cessa di dipendere dalla presenza di aria residua al suo interno.

Principali applicazioni

• Misurare la velocità e la massa degli elettroni: Queste proprietà possono essere misurate in un CTR che incorpora un campo elettrico e uno magnetico che si annullano a vicenda e consentono di misurare la velocità degli elettroni e la loro massa.
• L'oscilloscopio: Questo dispositivo è costituito da un CTR che incorpora un campo magnetico variabile che provoca una scansione orizzontale dei raggi catodici, sullo schermo di proiezione all'estremità del tubo. Quando questo apparecchio è collegato a uno strumento che misura qualsiasi parametro fisico ed è in grado di tradurlo in segnali elettrici, questi vengono riprodotti sull'oscilloscopio come oscillazioni verticali del raggio di luce. È uno degli strumenti di misura più versatili esistenti e viene utilizzato in una moltitudine di misurazioni come: frequenza cardiaca, pressione, livelli sonori, vibrazioni, ecc.
• Schermi e monitor televisivi: Attualmente la tecnologia CTR sta scomparendo a favore di quelle più avanzate, come i display piatti a cristalli liquidi (LCD) o di diodi emettitori (LED), che consentono di ridurre drasticamente le dimensioni e il peso degli schermi oltre ad avere una vita utile più lunga. Tuttavia, questa tecnologia è stata utilizzata negli schermi TV e nei monitor fino a pochi anni fa a partire dagli anni '50 del secolo scorso.

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Steven Weinberg (1985).Particelle subatomiche. Barcellona: Scientific Press S.A