Ιστορία καθοδικών ακτίνων

Μια καθοδική ακτίνα είναι μια δέσμη ηλεκτρονίων σε ένα σωλήνα κενού που ταξιδεύει από το αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο (κάθοδος) στο ένα άκρο στο θετικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο (άνοδος) στο άλλο, κατά μήκος μιας διαφοράς τάσης μεταξύ των ηλεκτροδίων. Ονομάζονται επίσης δέσμες ηλεκτρονίων.

Πώς λειτουργούν οι καθοδικές ακτίνες

Το ηλεκτρόδιο στο αρνητικό άκρο ονομάζεται κάθοδος. Το ηλεκτρόδιο στο θετικό άκρο ονομάζεται άνοδος. Δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια απωθούνται από το αρνητικό φορτίο, η κάθοδος θεωρείται ως η «πηγή» της καθοδικής ακτίνας στον θάλαμο κενού. Τα ηλεκτρόνια έλκονται από την άνοδο και ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές στο διάστημα μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων.

Οι καθοδικές ακτίνες είναι αόρατες αλλά η επίδρασή τους είναι να διεγείρουν άτομα στο γυαλί απέναντι από την κάθοδο, από την άνοδο. Ταξιδεύουν με μεγάλη ταχύτητα όταν εφαρμόζεται τάση στα ηλεκτρόδια και μερικά παρακάμπτουν την άνοδο για να χτυπήσουν το γυαλί. Αυτό αναγκάζει τα άτομα στο γυαλί να ανυψωθούν σε υψηλότερο επίπεδο ενέργειας, παράγοντας μια φθορίζουσα λάμψη. Αυτός ο φθορισμός μπορεί να ενισχυθεί με την εφαρμογή φθοριζόντων χημικών στο πίσω τοίχωμα του σωλήνα. Ένα αντικείμενο που τοποθετείται στον σωλήνα θα ρίξει μια σκιά, δείχνοντας ότι τα ηλεκτρόνια ρέουν σε μια ευθεία γραμμή, μια ακτίνα.

Οι καθοδικές ακτίνες μπορούν να εκτραπούν από ένα ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο είναι απόδειξη ότι αποτελείται από σωματίδια ηλεκτρονίων και όχι από φωτόνια. Οι ακτίνες των ηλεκτρονίων μπορούν επίσης να περάσουν από λεπτό μεταλλικό φύλλο. Ωστόσο, οι καθοδικές ακτίνες παρουσιάζουν επίσης κυματοειδή χαρακτηριστικά σε πειράματα κρυσταλλικού πλέγματος.

Ένα καλώδιο μεταξύ της ανόδου και της καθόδου μπορεί να επιστρέψει τα ηλεκτρόνια στην κάθοδο, ολοκληρώνοντας ένα ηλεκτρικό κύκλωμα.

Οι καθοδικοί σωλήνες ήταν η βάση για τη ραδιοφωνική και τηλεοπτική μετάδοση. Οι τηλεοράσεις και οι οθόνες υπολογιστών πριν από την εμφάνιση των οθονών πλάσματος, LCD και OLED ήταν καθοδικοί σωλήνες ακτίνων (CRT).

Ιστορία των καθοδικών ακτίνων

Με την εφεύρεση του 1650 της αντλίας κενού, οι επιστήμονες μπόρεσαν να μελετήσουν τα αποτελέσματα διαφορετικών υλικών στα κενά και σύντομα μελέτησαν τον ηλεκτρισμό στο κενό. Καταγράφηκε ήδη από το 1705 ότι σε κενό (ή κοντά σε κενό) οι ηλεκτρικές εκκενώσεις μπορούσαν να διανύσουν μεγαλύτερη απόσταση. Τέτοια φαινόμενα έγιναν δημοφιλή ως καινοτομίες, και ακόμη και αξιόπιστοι φυσικοί όπως ο Michael Faraday μελέτησαν τις επιπτώσεις τους. Ο Johann Hittorf ανακάλυψε τις καθοδικές ακτίνες το 1869 χρησιμοποιώντας έναν σωλήνα Crookes και σημειώνοντας σκιές στο λαμπερό τοίχωμα του σωλήνα απέναντι από την κάθοδο.

Το 1897 ο J. J. Thomson ανακάλυψε ότι η μάζα των σωματιδίων στις καθοδικές ακτίνες ήταν 1800 φορές ελαφρύτερη από το υδρογόνο, το ελαφρύτερο στοιχείο. Αυτή ήταν η πρώτη ανακάλυψη υποατομικών σωματιδίων, τα οποία ονομάστηκαν ηλεκτρόνια. Έλαβε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1906 για αυτό το έργο.

Στα τέλη του 1800, ο φυσικός Phillip von Lenard μελέτησε τις καθοδικές ακτίνες με προσήλωση και η δουλειά του μαζί τους του χάρισε το Νόμπελ Φυσικής το 1905.

Η πιο δημοφιλής εμπορική εφαρμογή της τεχνολογίας καθοδικών ακτίνων είναι με τη μορφή παραδοσιακών συσκευών τηλεόρασης και οθονών υπολογιστών, αν και αυτές αντικαθίστανται από νεότερες οθόνες όπως η OLED.