Kaj so KATODIČNI ŽARKI in njihove značilnosti

Morda ne veste, kaj so katodni žarki, zagotovo pa ste obkroženi z naprave, ki delujejo po njihovi zaslugi: stari televizorji in monitorji, ki jih trenutno nadomeščajo druge tehnologije, ki omogočajo izdelavo ravnih zaslonov in veliko lažjih; osciloskopi, ki nam omogočajo merjenje signalov vseh vrst in jih lahko najdemo na toliko različnih mestih kot so bolnišnice, mehanične delavnice ali snemalni studiji... V tej lekciji vas PROFESOR razložimo kaj so katodni žarki in njihove značilnosti, kakšne lastnosti imajo in katere so glavne uporabe.

Kazalo

1. Kaj so katodni žarki - enostavna opredelitev
2. Odkritje katodnih žarkov
3. Kakšne so značilnosti katodnih žarkov?
4. Kje se uporabljajo katodni žarki? Najpomembnejše aplikacije

Katodni žarki so tokovi elektronov Oddaja jih katoda (negativna elektroda) v vakuumski cevi.

A vakuumska cev To je cev, zaprta z ventili, iz katerih je bil odvzet skoraj ves plin, ki ga je vseboval, in tako ustvarjen prostor

Potencialna razlika povzroči rezultat elektroni(subatomski delci negativno naelektren) s katode (negativne elektrode), da se ustvari usmerjeni tok proti anodi (pozitivna elektroda). Tako ustvarjeni tok elektronov postane viden v obliki a bledo zeleni sijaj, ki izvira iz katode in je usmerjen proti anodi.

Slika: 100cia.site

Katodne žarke so odkrili zahvaljujoč eksperimentom William Crookes. Ta britanski znanstvenik iz 19. stoletja je zasnoval vakuumske cevi različnih izvedb, v katere so bile vgrajene elektrode.

The poskusi, ki jih je izvedel Crookes je privedlo do odkritja katodnih žarkov, ki so omogočili ugotovitev njihovih glavnih lastnosti in kasneje v odkrivanje elektronov. Poleg crookes tube postal je znanstvenoraziskovalni instrument, ki je še danes prisoten v mnogih znanstvenoraziskovalnih laboratorijih.

Študije katodnih žarkov z uporabo te vrste svetlobne cevi omogočajo opredelitev naslednjih značilnosti tega elektronskega toka:

• Katodni žarki potujejo v ravni črti, tako kot svetloba; v odsotnosti električnih ali magnetnih polj.
• So ustavili fizične ovire dovolj debel (kot nekaj milimetrov kovinska plošča) in meče sence na enak način, kot to počne svetloba pri udarjanju po neprozornih materialih.
• The hitrost elektrona katodnih žarkov se poveča. In s povečevanjem vakuum v katodni cevi. Večji kot je vakuum, večja je intenziteta ustvarjenih katodnih žarkov. Razlog za to je, da prisotnost atomov v visokih koncentracijah preprečuje kroženje elektronov in s tem oddajanje katodnih žarkov. Starejši kot je potencialna razlika med obema elektrodama katodne cevi.
• Katodni žarki (tokovi negativno nabitih elektronov) odklonijo se, kadar so izpostavljeni magnetnemu ali električnemu polju. To je lastnost, ki se pri svetlobi ne pojavi.
• Katodni žarki sproščajo energijo v obliki toplote, saj svojo kinetično energijo (energijo, povezano z gibanjem) pretvorijo v toplotno energijo (toploto).
• Katodni žarki so sposoben povzročiti nekajkemijske reakcije podobna tistim, ki jih povzroča svetloba, na primer tiskanje na fotografsko ploščo.
• Katodni žarki ionizirajoče pline ki so v majhnih količinah v prazni cevi.

Fluorescenca

Druga značilnost najpomembnejših katodnih žarkov je, da povzročajo pojave fluorescenca v nekaterih materialih, kot sta steklo ali cinkov sulfid.

Fluorescenca je sposobnost nekaterih materialov, da oddajajo svetlobo. Ta pojav se zgodi, ko elektroni katodnih žarkov trčijo v material in prenašajo svojo kinetično energijo na njegove atome.

Ta energija, ki jo absorbirajo atomi, ustvarja vzbujanje njihovih elektronov, ki skočijo na višjo raven energije. Vzbujeni elektroni se na nižji energijski ravni hitro vrnejo v začetni položaj. Energija, ki se sprosti pri skoku nazaj v začetno energijsko stanje, ima vidno valovno dolžino (fluorescenca).

Slika: Diapozitiv

Katodne žarke so odkrili zahvaljujoč poskusom, ki jih je izvedel William Crookes. Ta britanski znanstvenik iz 19. stoletja je zasnoval vakuumske cevi različnih izvedb, v katere so bile vgrajene elektrode. Poskusi, ki jih je izvedel Crookes, so privedli do odkritja katodnih žarkov in omogočili ugotovitev njihovih glavnih lastnosti. Poleg tega je Crookesova cev postala znanstvenoraziskovalni instrument, ki je še danes prisoten v številnih znanstvenoraziskovalnih laboratorijih.

CTR (Catodic Tube Rays) tehnologija

Današnja tehnologija katodne cevi (CTR) temelji na vakuumska cev oblikoval Crookes, vendar je vključil nekatere elemente, ki omogočajo njegovo uporabo v različnih aplikacijah.

Značilnosti sedanjih katodnih cevi

Trenutno so CTR vakuumske cevi, ki vključujejo tri temeljne elemente:

• Vključitev magnetnih polj ki omogočajo odstopanje smeri katodnih žarkov, kar omogoča njihovo manipulacijo. Vključitev magnetnih polj za preusmeritev pretoka elektronov je posledica preiskav, ki jih je J.Thomson opravil s Crookesovo vakuumsko cevjo.
• Cevni premazi s fluorescentnim materialom ki povzroča veliko intenzivnejši odziv svetlobe, ker se zaradi pojava fluorescence pomemben del katodnih žarkov, ki niso vidni, spremeni v svetlobo. Ta prevleka je posledica poskusov F. Brauna, ki je eksperimentiral s cevmi W. Crookesa s pojavi fluorescence.
• Vključitev vročih katod. Crookesova cev za svoje delovanje ni odvisna od temperature. Vendar je bilo opazovanje T. Edisona, da toplota povzroča emisijo ionov v nekaterih materialih, uporabljeno za vakuumske cevi. Vgrajene so bile tako imenovane vroče katode, ki so lahko segrevale ione. Na ta način delovanje vakuumske cevi preneha biti odvisno od prisotnosti preostalega zraka v njej.

Glavne aplikacije

• Izmerite hitrost in maso elektronov: Te lastnosti je mogoče izmeriti s CTR, ki vključuje električno in magnetno polje, ki se medsebojno prekinjata in omogočata merjenje hitrosti elektronov in njihove mase.
• Osciloskop: Ta naprava je sestavljena iz CTR, ki vključuje spremenljivo magnetno polje, ki povzroči vodoravno skeniranje katodnih žarkov, na projekcijskem zaslonu na koncu cevi. Ko je ta naprava priključena na instrument, ki meri kateri koli fizični parameter in je zmožen pretvorijo v električne signale, ki se na osciloskopu reproducirajo kot navpična nihanja žarek svetlobe. Je eden najbolj vsestranskih merilnih instrumentov, ki obstaja in se uporablja pri številnih meritvah, kot so: srčni utrip, tlak, glasnost, vibracije itd.
• Televizijski zasloni in monitorji: Trenutno tehnologija CTR izginja v prid naprednejšim, na primer ravnim zaslonom s tekočimi kristali (LCD) ali sevalnih diod (LED), ki omogočajo drastično zmanjšanje velikosti in teže zaslonov, poleg tega pa imajo daljšo življenjsko dobo. Vendar pa se je ta tehnologija uporabljala na televizijskih zaslonih in monitorjih do pred nekaj leti od 50-ih let prejšnjega stoletja.

Če želite prebrati več podobnih člankov Kaj so katodni žarki in njihove značilnosti, priporočamo, da vnesete našo kategorijo Atom.

Steven Weinberg (1985).Subatomski delci. Barcelona: Scientific Press S.A.