Raggi catodici

I raggi catodici sono fasci di elettroni o flussi di elettroni che sono stati osservati per la prima volta nei tubi di Crookes (tubi a vuoto).

Raggi Catodici

raggi Catodici (chiamato anche un fascio di elettroni o di un e-beam) sono i flussi di elettroni osservati in tubi a vuoto., Se un tubo di vetro evacuato è dotato di due elettrodi e viene applicata una tensione, si osserva che il vetro opposto all’elettrodo negativo si illumina dagli elettroni emessi dal catodo. Gli elettroni furono scoperti per la prima volta come costituenti dei raggi catodici. L’immagine in un televisore classico è creata da un fascio focalizzato di elettroni deviati da campi elettrici o magnetici in tubi a raggi catodici (CRT).

I raggi catodici sono così chiamati perché sono emessi dall’elettrodo negativo, o catodo, in un tubo a vuoto., Per rilasciare elettroni nel tubo, devono prima essere staccati dagli atomi del catodo. I primi tubi a vuoto a catodo freddo, chiamati tubi di Crookes, utilizzavano un alto potenziale elettrico tra l’anodo e il catodo per ionizzare il gas residuo nel tubo. Il campo elettrico accelerava gli ioni e gli ioni rilasciavano elettroni quando entravano in collisione con il catodo.

I moderni tubi a vuoto utilizzano l’emissione termoionica, in cui il catodo è costituito da un filamento di filo sottile che viene riscaldato da una corrente elettrica separata che lo attraversa., L’aumento del movimento di calore casuale degli atomi del filamento colpisce gli elettroni dagli atomi sulla superficie del filamento e nello spazio evacuato del tubo. Poiché gli elettroni hanno una carica negativa, vengono respinti dal catodo e attratti dall’anodo. Viaggiano in linee rette attraverso il tubo vuoto. La tensione applicata tra gli elettrodi accelera queste particelle a bassa massa ad alte velocità.,

I raggi catodici sono invisibili, ma la loro presenza è stata rilevata per la prima volta nei primi tubi a vuoto quando hanno colpito la parete di vetro del tubo, eccitando gli atomi del vetro e facendoli emettere luce—un bagliore chiamato fluorescenza. I ricercatori hanno notato che gli oggetti collocati nel tubo di fronte al catodo potrebbero gettare un’ombra sulla parete incandescente, e si rese conto che qualcosa deve essere in viaggio in linee rette dal catodo., Dopo che gli elettroni raggiungono l’anodo, viaggiano attraverso il filo dell’anodo fino all’alimentazione e tornano al catodo, quindi i raggi catodici trasportano corrente elettrica attraverso il tubo.

Storia dei raggi catodici

Nel 1838, Michael Faraday passò una corrente attraverso un tubo di vetro rarefatto riempito d’aria e notò uno strano arco di luce con il suo inizio al catodo (elettrodo negativo) e la sua fine quasi all’anodo (elettrodo positivo).

Tubi di Crookes

Nel 1870, il fisico britannico William Crookes e altri furono in grado di evacuare tubi rarefatti ad una pressione inferiore a 10-6 atm., Questi sono stati chiamati tubi Crookes. Faraday era stato il primo a notare uno spazio buio proprio di fronte al catodo, dove non c’era luminescenza. Questo è venuto per essere chiamato il catodo spazio scuro, Faraday spazio scuro, o Crookes spazio scuro.

Crookes scoprì che mentre pompava più aria dai tubi, lo spazio oscuro di Faraday si estendeva lungo il tubo dal catodo verso l’anodo, fino a quando il tubo era completamente scuro. Ma all’estremità dell’anodo (positivo) del tubo, il vetro del tubo stesso cominciò a brillare., Quello che stava accadendo era che mentre più aria veniva pompata dai tubi, gli elettroni potevano viaggiare più lontano, in media, prima di colpire un atomo di gas. Quando il tubo era scuro, la maggior parte degli elettroni poteva viaggiare in linee rette dal catodo all’estremità dell’anodo del tubo senza collisione. Senza ostacoli, queste particelle a bassa massa sono state accelerate ad alte velocità dalla tensione tra gli elettrodi. Questi erano i raggi catodici., Quando raggiunsero l’estremità dell’anodo del tubo, viaggiavano così velocemente che, sebbene fossero attratti da esso, spesso volavano oltre l’anodo e colpivano la parete posteriore del tubo. Quando hanno colpito gli atomi nella parete di vetro, hanno eccitato i loro elettroni orbitali a livelli di energia più elevati, facendoli fluorescenza.

Tubo di Crookes: un tubo di Crookes è un tubo rarefatto evacuato a una pressione inferiore a 10-6 atm. E ‘ stato utilizzato nella scoperta di raggi catodici.,

In seguito i ricercatori hanno dipinto la parete posteriore interna con sostanze chimiche fluorescenti come il solfuro di zinco, per rendere il bagliore più visibile. I raggi catodici stessi sono invisibili, ma questa fluorescenza accidentale ha permesso ai ricercatori di notare che gli oggetti nel tubo davanti al catodo, come l’anodo, proiettano ombre taglienti sulla parete posteriore incandescente. Nel 1869, il fisico tedesco Johann Hittorf fu il primo a rendersi conto che qualcosa deve viaggiare in linee rette dal catodo per gettare le ombre. Eugene Goldstein li chiamò raggi catodici.

J. J., L’esperimento di Thomson

J. J. Thomson ha studiato i tubi a raggi catodici e ha avuto l’idea che le particelle nei fasci catodici devono essere negative perché sono state respinte da elementi caricati negativamente (il catodo o una piastra caricata negativamente nel tubo catodico) e attratte da elementi caricati positivamente (l’anodo o la piastra caricata positivamente nel tubo catodico). Ha chiamato questi piccolissimi pezzi dell’atomo, ” elettroni.,”Attraverso i suoi esperimenti, Thomson confutò la teoria atomica di Dalton, perché la teoria atomica di Dalton affermava che gli atomi erano il più piccolo pezzo della materia nell’universo ed erano indivisibili. Chiaramente, la presenza di elettroni ha negato queste parti della teoria atomica di Dalton.

Interattivo: Tubo Crookes: Collegare i due elettrodi ad una sorgente ad alta tensione e vederli produrre raggi catodici. J. J. Thomson ha usato una configurazione sperimentale simile per scoprire la prima particella subatomica., Vedi cosa puoi determinare sul flusso di particelle che sono state chiamate raggi catodici.

Discovery of the Electron: Cathode Ray Tube Experiment – YouTube: JJ Thompson ha scoperto l’elettrone, la prima delle particelle subatomiche, utilizzando l’esperimento del tubo a raggi catodici. Il lavoro di Thompson confutò la teoria dell’atomo di John Dalton.