Kathodenstrahlen

Kathodenstrahlen sind Elektronenstrahlen oder Elektronenströme, die zum ersten Mal in Crookes-Röhren (Vakuumröhren) beobachtet wurden.

Kathodenstrahlen

Kathodenstrahlen (auch Elektronenstrahl oder E-Strahl genannt) werden als ströme von Elektronen in Vakuumröhren beobachtet., Wenn ein evakuiertes Glasrohr mit zwei Elektroden ausgestattet ist und eine Spannung angelegt wird, wird beobachtet, dass das Glas gegenüber der negativen Elektrode von Elektronen leuchtet, die von der Kathode emittiert werden. Elektronen wurden zuerst als Bestandteile von Kathodenstrahlen entdeckt. Das Bild in einem klassischen Fernsehgerät wird durch fokussierten Elektronenstrahl erzeugt, der durch elektrische oder magnetische Felder in Kathodenstrahlröhren (CRTs) abgelenkt wird.

Kathodenstrahlen werden so genannt, weil sie von der negativen Elektrode oder Kathode in einer Vakuumröhre emittiert werden., Um Elektronen in die Röhre freizusetzen, müssen sie zuerst von den Atomen der Kathode gelöst werden. Die frühen Kaltkathoden-Vakuumröhren, sogenannte Crookes-Röhren, verwendeten ein hohes elektrisches Potential zwischen der Anode und der Kathode, um das Restgas in der Röhre zu ionisieren. Das elektrische Feld beschleunigte die Ionen und die Ionen setzten Elektronen frei, wenn sie mit der Kathode kollidierten.

Moderne Vakuumröhren verwenden eine thermionische Emission, bei der die Kathode aus einem dünnen Drahtfaden besteht, der durch einen separaten elektrischen Strom erwärmt wird., Die erhöhte zufällige Hitzebewegung der Filamentatome stößt Elektronen aus den Atomen an der Oberfläche des Filaments und in den evakuierten Raum der Röhre. Da die Elektronen eine negative Ladung haben, werden sie von der Kathode abgestoßen und von der Anode angezogen. Sie bewegen sich in geraden Linien durch das Leerrohr. Die zwischen den Elektroden angelegte Spannung beschleunigt diese Partikel mit niedriger Masse auf hohe Geschwindigkeiten.,

Kathodenstrahlen sind unsichtbar, aber ihre Anwesenheit wurde zuerst in frühen Vakuumröhren nachgewiesen, als sie auf die Glaswand der Röhre trafen, die Atome des Glases erregten und dazu führten, dass sie Licht emittierten—ein Leuchten namens Fluoreszenz. Die Forscher stellten fest, dass Objekte, die sich in der Röhre vor der Kathode befanden, einen Schatten auf die glühende Wand werfen konnten, und erkannten, dass sich etwas in geraden Linien von der Kathode bewegen musste., Nachdem die Elektronen die Anode erreicht haben, wandern sie durch den Anodendraht zur Stromversorgung und zurück zur Kathode, so dass Kathodenstrahlen elektrischen Strom durch die Röhre tragen.

Geschichte der Kathodenstrahlen

1838 führte Michael Faraday einen Strom durch ein verdünntes, luftgefülltes Glasrohr und bemerkte einen seltsamen Lichtbogen mit seinem Anfang an der Kathode (negative Elektrode) und seinem Ende fast an der Anode (positive Elektrode).

Crookes Tubes

In den 1870er Jahren konnten der britische Physiker William Crookes und andere verdünnte Röhren auf einen Druck unter 10-6 atm evakuieren., Diese wurden Crookes-Röhren genannt. Faraday hatte als erster einen dunklen Raum direkt vor der Kathode bemerkt, in dem es keine Lumineszenz gab. Dies wurde als Kathoden-dunkler Raum, Faraday-dunkler Raum oder Crookes-dunkler Raum bezeichnet.

Crookes stellte fest, dass sich der Faraday Dark Space, als er mehr Luft aus den Röhren pumpte, von der Kathode zur Anode ausbreitete, bis die Röhre völlig dunkel war. Aber am Anodenende (positiv) der Röhre begann das Glas der Röhre selbst zu leuchten., Was geschah, war, dass, wenn mehr Luft aus den Rohren gepumpt wurde, die Elektronen im Durchschnitt weiter reisen konnten, bevor sie ein Gasatom trafen. Als die Röhre dunkel war, konnten sich die meisten Elektronen ohne Kollision in geraden Linien von der Kathode zum Anodenende der Röhre bewegen. Ohne Hindernisse wurden diese Partikel mit niedriger Masse durch die Spannung zwischen den Elektroden auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Dies waren die Kathodenstrahlen., Als sie das Anodenende der Röhre erreichten, waren sie so schnell unterwegs, dass sie, obwohl sie davon angezogen wurden, oft an der Anode vorbeiflogen und auf die Rückwand der Röhre trafen. Als sie auf Atome in der Glaswand trafen, erregten sie ihre Orbitalelektronen auf ein höheres Energieniveau, wodurch sie fluoreszierten.

Crookes tube: Eine Crookes tube ist eine verdünnte Tube, die auf einen Druck unter 10-6 atm evakuiert wird. Es wurde bei der Entdeckung von Kathodenstrahlen verwendet.,

Spätere Forscher malten die innere Rückwand mit fluoreszierenden Chemikalien wie Zinksulfid, um das Leuchten sichtbarer zu machen. Kathodenstrahlen selbst sind unsichtbar, aber diese zufällige Fluoreszenz erlaubte den Forschern zu bemerken, dass Objekte in der Röhre vor der Kathode, wie die Anode, scharfkantige Schatten auf die glühende Rückwand werfen. Im Jahr 1869 erkannte der deutsche Physiker Johann Hittorf erstmals, dass etwas in geraden Linien von der Kathode aus reisen muss, um die Schatten zu werfen. Eugene Goldstein nannte sie Kathodenstrahlen.

J. J., Thomsons Experiment

J. J. Thomson untersuchte Kathodenstrahlröhren und kam auf die Idee, dass die Teilchen in den Kathodenstrahlen negativ sein müssen, weil sie von negativ geladenen Gegenständen (entweder der Kathode oder einer negativ geladenen Platte in der Kathodenstrahlröhre) abgestoßen und von positiv geladenen Gegenständen (entweder der Anode oder der positiv geladenen Platte in der Kathodenstrahlröhre) angezogen wurden. Er nannte diese super winzigen Stücke des Atoms “ Elektronen.,“Durch seine Experimente widerlegte Thomson Daltons Atomtheorie, weil Daltons Atomtheorie feststellte, dass Atome das kleinste Stück der Materie im Universum waren und sie unteilbar waren. Offensichtlich negierte das Vorhandensein von Elektronen diese Teile von Daltons Atomtheorie.