Wat zijn KATHODISCH STRALEN en hun kenmerken?

Je weet misschien niet wat kathodestralen zijn, maar je bent zeker omringd door apparaten die dankzij hen werken: oude televisies en monitoren die momenteel worden vervangen door andere technologieën die de fabricage van flatscreens mogelijk maken en veel lichter; Oscilloscopen waarmee we allerlei soorten signalen kunnen meten en die we op zoveel verschillende plaatsen kunnen vinden zoals ziekenhuizen, mechanische werkplaatsen of opnamestudio's... In deze les van een PROFESSOR you wij leggen uit wat zijn kathodestralen en hun kenmerken?, welke eigenschappen hebben ze en wat zijn hun belangrijkste toepassingen.

Inhoudsopgave

1. Wat zijn kathodestralen - eenvoudige definitie?
2. Ontdekking van kathodestralen
3. Wat zijn de kenmerken van kathodestralen?
4. Waar worden kathodestralen gebruikt? De belangrijkste toepassingen

Kathodestralen zijn stromen van elektronen Ze worden uitgezonden door de kathode (negatieve elektrode) in een vacuümbuis.

EEN vacuümbuis Het is een door kleppen afgesloten buis waaruit bijna al het gas dat erin zat is afgezogen, waardoor er een ruimte ontstaat praktisch zonder atomen. De elektroden zijn verbonden met een externe hoogspanningsbron die een hoog potentiaalverschil tussen de twee elektroden in de buis tot stand brengt.

Het potentiaalverschil zorgt ervoor dat de output van elektronen(subatomische deeltjes negatief geladen) van de kathode (negatieve elektrode) om een ​​gerichte stroom te creëren naar de anode (positieve elektrode). Deze aldus gegenereerde elektronenstroom wordt zichtbaar in de vorm van a lichtgroene gloed, die afkomstig is van de kathode en naar de anode is gericht.

Afbeelding: 100cia.site

Kathodestralen werden ontdekt dankzij experimenten uitgevoerd door William Crookes. Deze 19e-eeuwse Britse wetenschapper bedacht vacuümbuizen met verschillende ontwerpen waarin elektroden waren verwerkt.

De experimenten uitgevoerd door Crookes leidde tot de ontdekking van kathodestralen die hun belangrijkste eigenschappen konden afleiden en, later, in de elektronen ontdekking. naast de crookes buis het werd een wetenschappelijk onderzoeksinstrument dat vandaag de dag nog steeds aanwezig is in veel wetenschappelijke onderzoekslaboratoria.

Met kathodestraalstudies met dit type lichtbuis kunnen de volgende kenmerken van deze elektronenstroom worden gedefinieerd:

• kathodestralen ze reizen in een rechte lijn, net als licht; bij afwezigheid van elektrische of magnetische velden.
• Zij zijn gestopt door fysieke barrières dik genoeg zijn (zoals een metalen plaat van enkele millimeters) en schaduwen werpen op dezelfde manier als licht wanneer het op ondoorzichtige materialen valt.
• De elektronensnelheid van kathodestralen neemt toe. En door te verhogen het vacuum in de kathodestraalbuis. Hoe groter het vacuüm, hoe groter de intensiteit van de gegenereerde kathodestralen. Dit komt omdat de aanwezigheid van atomen in hoge concentraties de circulatie van elektronen en dus de emissie van kathodestralen verhindert. Hoe ouder het is het potentiaalverschil tussen de twee elektroden van de kathodestraalbuis.
• Kathodestralen (stromen van negatief geladen elektronen) ze buigen af ​​wanneer ze worden blootgesteld aan een magnetisch veld of een elektrisch veld. Dit is een eigenschap die bij licht niet voorkomt.
• kathodestralen energie vrijgeven in de vorm van warmte, omdat ze hun kinetische energie (energie geassocieerd met beweging) omzetten in thermische energie (warmte).
• Kathodestralen zijn in staat om wat te veroorzakenchemische reacties vergelijkbaar met die veroorzaakt door licht, zoals afdrukken op een fotografische plaat.
• kathodestralen ioniseren gassen die in kleine hoeveelheden in de lege buis zitten.

Fluorescentie

Een ander kenmerk van de belangrijkste kathodestralen is dat ze verschijnselen van fluorescentie in bepaalde materialen zoals glas of zinksulfide.

Fluorescentie is het vermogen van sommige materialen om licht uit te stralen. Dit fenomeen doet zich voor wanneer de elektronen van de kathodestralen in botsing komen met het materiaal en hun kinetische energie doorgeven aan de atomen.

Deze energie die door de atomen wordt geabsorbeerd, genereert de excitatie van hun elektronen, die naar hogere energieniveaus springen. De aangeslagen elektronen keren snel terug naar hun oorspronkelijke positie op een lager energieniveau. De energie die vrijkomt bij de sprong terug naar de initiële energietoestand heeft een golflengte die zichtbaar is (fluorescentie).

Afbeelding: Slideshare

Kathodestralen werden ontdekt dankzij de experimenten van William Crookes. Deze 19e-eeuwse Britse wetenschapper bedacht vacuümbuizen met verschillende ontwerpen waarin elektroden waren verwerkt. De experimenten van Crookes leidden tot de ontdekking van kathodestralen en lieten hun belangrijkste eigenschappen afleiden. Bovendien werd de Crookes-buis een wetenschappelijk onderzoeksinstrument dat vandaag de dag nog steeds aanwezig is in veel wetenschappelijke onderzoekslaboratoria.

CTR-technologie (Catodic Tube Rays)

De huidige kathodestraalbuistechnologie (CTR) is gebaseerd op de vacuümbuis ontworpen door Crookes, maar heeft enkele elementen opgenomen die het gebruik in verschillende toepassingen mogelijk maken.

Kenmerken van de huidige kathodestraalbuizen

Momenteel zijn CTR's vacuümbuizen die drie fundamentele elementen bevatten:

• Incorporatie van magnetische velden die het mogelijk maken om de richting van de kathodestralen af ​​te wijken waardoor ze kunnen worden gemanipuleerd. De incorporatie van magnetische velden om de elektronenstroom om te leiden is te danken aan de onderzoeken die J.Thomson heeft uitgevoerd met de Crookes vacuümbuis.
• Buiscoatings met fluorescerend materiaal dat zorgt voor een veel intensere lichtrespons omdat dankzij het fenomeen fluorescentie een belangrijk deel van de niet-zichtbare kathodestralen wordt omgezet in licht. Deze coating is te danken aan de experimenten van F. Braun, die met de buizen van W. Crookes experimenteerde met het fenomeen fluorescentie.
• Opname van hete kathoden. De Crookes-buis is niet temperatuurafhankelijk voor zijn werking. De waarneming van T. Edison dat warmte de emissie van ionen in sommige materialen veroorzaakt, werd echter toegepast op vacuümbuizen. Er werden zogenaamde hete kathoden ingebouwd die bij verhitting ionen konden afgeven. Op deze manier is de werking van de vacuümbuis niet langer afhankelijk van de aanwezigheid van resterende lucht erin.

Belangrijkste toepassingen:

• Meet de snelheid en massa van elektronen: Deze eigenschappen kunnen worden gemeten in een CTR met een elektrisch en een magnetisch veld die elkaar opheffen en waarmee de snelheid van elektronen en hun massa kunnen worden gemeten.
• De oscilloscoop: Dit apparaat bestaat uit een CTR waarin een variabel magnetisch veld is opgenomen dat een horizontale scan van de kathodestralen op het projectiescherm aan het uiteinde van de buis veroorzaakt. Wanneer dit apparaat is aangesloten op een instrument dat een fysieke parameter meet en in staat is om: vertaal het in elektrische signalen, deze worden op de oscilloscoop weergegeven als verticale oscillaties van de lichtstraal. Het is een van de meest veelzijdige meetinstrumenten die er zijn en wordt gebruikt in een veelvoud aan metingen zoals: hartslag, druk, geluidsniveaus, trillingen, enz.
• Televisieschermen en monitoren: Momenteel verdwijnt de CTR-technologie ten gunste van meer geavanceerde, zoals vloeibare kristallen platte beeldschermen (LCD) of van emitting diodes (LED's), waardoor de grootte en het gewicht van de schermen drastisch kunnen worden verminderd, naast een langere levensduur. Deze technologie werd echter tot enkele jaren geleden vanaf de jaren 50 van de vorige eeuw gebruikt in tv-schermen en monitoren.

Als u meer artikelen wilt lezen die vergelijkbaar zijn met Wat zijn kathodestralen en hun kenmerken?, raden we u aan om onze categorie van het atoom.

Steven Weinberg (1985).Subatomische deeltjes. Barcelona: Scientific Press S.A