Kathode-Strahlen (hat auch einen Elektronbalken oder E-Balken genannt), sind Ströme von in Vakuumtuben beobachteten Elektronen. Wenn eine ausgeleerte Glastube mit zwei Elektroden ausgestattet wird und eine Stromspannung angewandt wird, wie man beobachtet, glüht das Glasgegenteil der negativen Elektrode wegen Elektronen, die von und Reisen-Senkrechte zur Kathode (die Elektrode ausgestrahlt sind, die mit dem negativen Terminal der Stromspannungsversorgung verbunden ist). Sie wurden zuerst 1869 vom deutschen Physiker Johann Hittorf beobachtet, und wurden 1876 von Eugen Goldstein kathodenstrahlen oder Kathode-Strahlen genannt.

Elektronen wurden zuerst als die Bestandteile von Kathode-Strahlen entdeckt. 1897 hat britischer Physiker J. J. Thomson gezeigt, dass die Strahlen aus einer vorher unbekannten negativ beladenen Partikel zusammengesetzt wurden, die später das Elektron genannt wurde. Kathode-Strahl-Tuben (CRTs) das Verwenden eines eingestellten Balkens von durch elektrische oder magnetische Felder abgelenkten Elektronen, schaffen Sie das Image in einem klassischen Fernseher.

Beschreibung

Kathode-Strahlen werden so genannt, weil sie durch die negative Elektrode oder Kathode in einer Vakuumtube ausgestrahlt werden. Um Elektronen in die Tube zu veröffentlichen, müssen sie zuerst von den Atomen der Kathode losgemacht werden. In den frühen kalten Kathode-Vakuumtuben, genannt Tuben von Crookes, wurde das durch das Verwenden eines hohen elektrischen Potenzials zwischen der Anode und der Kathode getan, um das restliche Benzin in der Tube zu ionisieren; die Ionen wurden durch das elektrische Feld und die veröffentlichten Elektronen beschleunigt, als sie mit der Kathode kollidiert haben. Moderne Vakuumtuben verwenden thermionische Emission, in der die Kathode aus einem dünnen Leitungsglühfaden gemacht wird, der durch einen getrennten elektrischen Strom geheizt wird, der es durchführt. Die vergrößerte zufällige Hitzebewegung der Glühfaden-Atome schlägt Elektronen aus den Atomen an der Oberfläche des Glühfadens in den ausgeleerten Raum der Tube.

Da die Elektronen eine negative Anklage haben, werden sie durch die Kathode zurückgetrieben und von der Anode angezogen. Sie reisen in Geraden durch die leere Tube. Die zwischen den Elektroden angewandte Stromspannung beschleunigt diese niedrigen Massenpartikeln zu hohen Geschwindigkeiten. Kathode-Strahlen sind unsichtbar, aber ihre Anwesenheit wurde zuerst in frühen Vakuumtuben entdeckt, als sie die Glaswand der Tube, Aufregen die Atome des Glases und Veranlassens von sie geschlagen haben, Licht, ein Glühen genannt Fluoreszenz auszustrahlen. Forscher haben bemerkt, dass Gegenstände, die in die Tube vor der Kathode gelegt sind, einen Schatten auf der glühenden Wand werfen konnten und begriffen haben, dass etwas in Geraden von der Kathode reisen muss. Nachdem die Elektronen die Anode erreichen, reisen sie durch die Anode-Leitung zur Macht-Versorgung und zurück zur Kathode, so tragen Kathode-Strahlen elektrischen Strom durch die Tube.

Der Strom in einem Balken von Kathode-Strahlen durch eine Tube kann durch den Übergang davon durch einen Metallschirm von Leitungen kontrolliert werden (ein Bratrost), auf den eine kleine Stromspannung angewandt wird. Das elektrische Feld der Leitungen lenkt einige der Elektronen ab, sie davon abhaltend, die Anode zu erreichen. So kann eine kleine Stromspannung auf dem Bratrost gemacht werden, eine viel größere Stromspannung auf der Anode zu kontrollieren. Das ist der in Vakuumtuben verwendete Grundsatz, um elektrische Signale zu verstärken. Hohe Geschwindigkeitsbalken von Kathode-Strahlen können auch gesteuert und durch elektrische Felder manipuliert werden, die durch zusätzliche Metallteller in der Tube geschaffen sind, auf die Stromspannung, oder magnetische Felder angewandt wird, die durch Rollen der Leitung (Elektromagneten) geschaffen sind. Diese werden in Kathode-Strahl-Tuben verwendet, die in Fernsehen und Computermonitoren, und in Elektronmikroskopen gefunden sind.

File:Katódsugarak mágneses mezőben (1).jpg|Crookes Tuben

File:Katódsugarak mágneses mezőben (2).jpg|Crookes Tube unter der Macht

File:Katódsugarak mágneses mezőben (3).jpg|Cathode Strahl im magnetischen Feld 1.

File:Katódsugarak mágneses mezőben (4).jpg|Cathode Strahl im magnetischen Feld 2.

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Geschichte

Nach der 1690-Erfindung der Vakuumpumpe durch Otto von Guericke haben Physiker begonnen, mit dem Übergang der Hochspannungselektrizität durch rarefied Luft zu experimentieren. 1705 wurde es bemerkt, dass elektrostatischer Generator Reisen eine längere Entfernung durch Tiefdruck-Luft befeuert als durch atmosphärische Druck-Luft.

Gasentladungstuben

1838 ist Michael Faraday gegangen ein Strom durch eine rarefied Luft hat Glastube gefüllt und hat einen fremden leichten Kreisbogen mit seinem Anfang an der Kathode (negative Elektrode) und sein Ende fast an der Anode (positive Elektrode) bemerkt. 1857 haben deutscher Physiker und Glasbläser Heinrich Geissler noch mehr Luft mit einer verbesserten Pumpe zu einem Druck von ungefähr 10 atm gesaugt und haben gefunden, dass, statt eines Kreisbogens, das Glühen die Tube gefüllt hat. Die Stromspannung, die zwischen den zwei Elektroden der Tuben angewandt ist, die durch eine Induktionsrolle erzeugt sind, war überall zwischen einigen Kilovolt und 100 kV. Diese wurden Tuben von Geissler genannt, die heutigen Neonzeichen ähnlich sind.

Die Erklärung dieser Effekten bestand darin, dass die Hochspannung beschleunigte elektrisch beladene Atome (Ionen) natürlich in der Luft der Tube präsentiert. Am Tiefdruck gab es genug Raum zwischen den Gasatomen, zu denen sich die Ionen hoch genug Geschwindigkeiten beschleunigen konnten, dass, als sie ein anderes Atom geschlagen haben, sie Elektronen davon abgeschlagen haben, positivere Ionen und freie Elektronen in einer Kettenreaktion schaffend. Die positiven Ionen wurden alle von der Kathode angezogen. Als sie es geschlagen haben, dass sie viele Elektronen aus dem Metall geschlagen haben. Die freien Elektronen wurden alle von der Anode angezogen.

In den Tuben von Geissler gab es so viel Luft, dass die Elektronen nur eine winzige Entfernung vor dem Kollidieren mit einem Atom reisen konnten. Die Elektronen in diesen Tuben, die in einem langsamen Diffusionsprozess bewegt sind, nie viel Geschwindigkeit gewinnend, so haben diese Tuben Kathode-Strahlen nicht erzeugt. Das Glühen im Benzin wurde verursacht, als die Elektronen oder Ionen Gasatome, Aufregen ihre Augenhöhlenelektronen zu höheren Energieniveaus geschlagen haben. Die Elektronen haben diese Energie als Licht veröffentlicht. Dieser Prozess wird Fluoreszenz genannt.

Kathode-Strahlen

Vor den 1870er Jahren sind britischer Physiker William Crookes und andere im Stande gewesen, Tuben zu einem niedrigeren Druck unter 10 atm auszuleeren. Diese wurden Tuben von Crookes genannt. Faraday war erst gewesen, um einen dunklen Raum gerade vor der Kathode zu bemerken, wo es keine Lumineszenz gab. Das ist gekommen, um die "Kathode dunklen Raum", "Faraday dunkler "oder" Raumcrookes dunkler Raum" genannt zu werden. Crookes hat gefunden, dass weil er mehr Luft aus den Tuben, Faraday dunkle Raumausbreitung unten die Tube von der Kathode zur Anode gepumpt hat, bis die Tube völlig dunkel war. Aber an der Anode (positives) Ende der Tube hat das Glas der Tube selbst begonnen zu glühen.

Was geschah, war, dass weil mehr Luft von den Tuben gepumpt wurde, konnten die Elektronen weiter durchschnittlich reisen, bevor sie ein Gasatom geschlagen haben. Als die Tube dunkel war, konnten die meisten Elektronen in Geraden von der Kathode bis das Anode-Ende der Tube ohne eine Kollision reisen. Ohne Hindernisse wurden diese niedrigen Massenpartikeln zu hohen Geschwindigkeiten durch die Stromspannung zwischen den Elektroden beschleunigt. Das waren die Kathode-Strahlen.

Als sie das Anode-Ende der Tube erreicht haben, reisten sie so schnell, dass, obwohl sie davon angezogen wurden, sie häufig vorbei an der Anode geflogen sind und die Zurückwand der Tube geschlagen haben. Als sie Atome in der Glaswand geschlagen haben, haben sie ihre Augenhöhlenelektronen zu höheren Energieniveaus erregt, sie zu fluoresce verursachend. Spätere Forscher haben die Innenzurückwand mit Leuchtstoffchemikalien wie Zinksulfid gemalt, um das Glühen mehr sichtbar zu machen.

Kathode-Strahlen selbst sind unsichtbar, aber diese zufällige Fluoreszenz hat Forschern erlaubt zu bemerken, dass Gegenstände in der Tube vor der Kathode, wie die Anode, scharfkantige Schatten auf der glühenden Zurückwand werfen. 1869 war deutscher Physiker Johann Hittorf erst, um zu begreifen, dass etwas in Geraden von der Kathode reisen muss, um die Schatten zu werfen. Eugen Goldstein hat sie Kathode-Strahlen genannt.

Entdeckung des Elektrons

In dieser Zeit waren Atome die kleinsten Partikeln bekannt und wurden geglaubt, unteilbar zu sein. Welche getragene elektrische Ströme ein Mysterium war. Während des letzten Viertels des 19. Jahrhunderts wurden viele Versuche angestellt, um zu bestimmen, wie Kathode-Strahlen waren. Es gab zwei Theorien. Crookes und Artur Shuster haben geglaubt, dass sie Partikeln der "leuchtenden Sache", d. h. elektrisch beladener Atome waren. Deutsche Wissenschaftler Eilhard Wiedemann, Heinrich Hertz und Goldstein haben geglaubt, dass sie "Narkoseäther-Wellen", eine neue Form der elektromagnetischen Radiation waren, und davon getrennt waren, was den elektrischen Strom durch die Tube getragen hat.

Die Debatte wurde 1897 aufgelöst, als J. J. Thomson die Masse von Kathode-Strahlen gemessen hat, zeigend, dass sie aus Partikeln gemacht wurden, aber ungefähr 1800mal leichter waren als das leichteste Atom, Wasserstoff. Deshalb waren sie nicht Atome, aber eine neue Partikel, die erste subatomare zu entdeckende Partikel, den er ursprünglich "Körperchen" genannt hat, aber später Elektron genannt wurde. Er hat auch gezeigt, dass sie mit durch fotoelektrische und radioaktive Materialien abgegebenen Partikeln identisch waren. Es wurde schnell erkannt, dass sie die Partikeln sind, die elektrische Ströme in Metallleitungen tragen, und die negative elektrische Anklage des Atoms tragen.

Thomson wurde der 1906-Nobelpreis für die Physik für diese Arbeit gegeben. Philipp Lenard hat auch viel zur Kathode-Strahl-Theorie beigetragen, den Nobelpreis für die Physik 1905 für seine Forschung über Kathode-Strahlen und ihre Eigenschaften gewinnend.

Vakuumtuben

Die Gasionisation (oder kalte Kathode) Methode, in Tuben von Crookes verwendete Kathode-Strahlen zu erzeugen, war unzuverlässig, weil es vom Druck der restlichen Luft in der Tube abgehangen hat. Mit der Zeit war die Luft von den Wänden der Tube gefesselt, und es hat aufgehört zu arbeiten.

Eine zuverlässigere und kontrollierbare Methode, Kathode-Strahlen zu erzeugen, wurde von Hittorf und Goldstein untersucht, und von Thomas Edison 1880 wieder entdeckt. Eine aus einem Leitungsglühfaden gemachte Kathode hat rot heiß durch einen getrennten Strom geheizt, der es durchführt, würde Elektronen in die Tube durch die genannte thermionische Emission eines Prozesses veröffentlichen. Die ersten wahren elektronischen Vakuumtuben, erfunden 1906, haben diese heiße Kathode-Technik verwendet, und sie haben Tuben von Crookes ersetzt. Diese Tuben haben Benzin in ihnen nicht gebraucht, um zu arbeiten, so wurden sie zu einem niedrigeren Druck, ungefähr 10 atm (10 P) ausgeleert. Die Ionisationsmethode, in Tuben von Crookes verwendete Kathode-Strahlen zu schaffen, wird heute nur in einigen Spezialgasentladungstuben wie krytrons verwendet.

Kathode-Strahlen werden jetzt gewöhnlich Elektronbalken genannt. Die Technologie, in diesen frühen Tuben den Weg gebahnte Elektronbalken zu manipulieren, wurde praktisch im Design von Vakuumtuben besonders in der Erfindung der Kathode-Strahl-Tube von Ferdinand Braun 1897 angewandt. und wird heute in hoch entwickelten Geräten wie Elektronmikroskope, Elektronbalken-Steindruckverfahren und Partikel-Gaspedale verwendet.

Eigenschaften von Kathode-Strahlen

Wie eine Welle reisen Kathode-Strahlen in Geraden, und erzeugen einen Schatten, wenn versperrt, durch den Gegenstand. Ernest Rutherford hat demonstriert, dass Strahlen dünne Metallfolien, einer Partikel erwartetes Verhalten durchführen konnten. Diese widerstreitenden Eigenschaften haben Störungen verursacht, als sie versucht haben, es als eine Welle oder Partikel zu klassifizieren. Crookes hat darauf bestanden, dass es eine Partikel war, während Hertz es aufrechterhalten hat, war eine Welle. Die Debatte wurde aufgelöst, als ein elektrisches Feld verwendet wurde, um die Strahlen durch J. J. Thomson abzulenken. Diese Beweise, dass die Balken aus Partikeln zusammengesetzt wurden, waren stark, weil Wissenschaftler gewusst haben, dass es unmöglich war, elektromagnetische Wellen mit einem elektrischen Feld abzulenken.

Louis de Broglie später (1924) hat in seiner Doktorarbeit gezeigt, dass Elektronen tatsächlich viel Fotonen in der Rücksicht ähnlich sind, dass sie sowohl als Wellen als auch als Partikeln auf eine Doppelweise handeln, weil sich Einstein früher für das Licht gezeigt hatte. Das Welle ähnliche Verhalten von Partikeln von Cathode Ray wurde später mit einem Kristallgitter von Davisson und Germer 1927 direkt demonstriert.

Siehe auch

• α (Alpha) Partikeln
• β (Beta) Partikeln
• Elektronbalken, der in einer Prozession geht
• Elektronmikroskop
• Elektronbalken, der schmilzt
• Elektronbalken, der sich schweißen lässt
• Elektronpistole
• Elektronausstrahlen
• Das Ionisieren der Radiation
• Partikel-Gaspedal
• Strahlen:
• γ (Gamma) Strahlen
• n (neutron)-Strahlen
• δ (Delta) Strahlen
• ε (Epsilon) Strahlen
• Sterilisation (Mikrobiologie)

Links

• Die Seite von Cathode Ray Tube

Zeichentrickfilme und Simulationen

• Die Simulierungsshow-Elektronen in durchquerten Feldern, die durch BIGS gemacht sind