Καθοδικές ακτίνες

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μια δέσμη καθοδικών ακτίνων σε ένα σωλήνα κενού λυγισμένη σε κύκλο από ένα μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από ένα πηνίο Χέλμμχολτζ (Helmholtz). Οι καθοδικές ακτίνες είναι συνήθως αόρατες. Σε αυτήν την περίπτωση σε σωλήνα Τέλτρον (Teltron), έχει μείνει αρκετό αέριο στον σωλήνα ώστε τα άτομα του αερίου να εμφανίζουν φωταύγεια όταν χτυπηθούν από τα ταχέως κινούμενα ηλεκτρόνια.

Καθοδικές ακτίνες ή δέσμη ηλεκτρονίων (ηλεκτρονική δέσμη) είναι ρεύματα ηλεκτρονίων που παρατηρούνται σε σωλήνες εκκένωσης. Εάν ένας εκκενωμένος γυάλινος σωλήνας είναι εξοπλισμένος με δύο ηλεκτρόδια και εφαρμοστεί τάση, το γυαλί πίσω από το θετικό ηλεκτρόδιο παρατηρείται ότι λάμπει, λόγω των ηλεκτρονίων που εκπέμπονται από την κάθοδο (το ηλεκτρόδιο που συνδέεται στον αρνητικό ακροδέκτη της τροφοδοσίας τάσης). Παρατηρήθηκαν για πρώτη φορά το 1859 από τους Γερμανούς φυσικούς Julius Plücker και Johann Wilhelm Hittorf,[1] και ονομάστηκαν το 1876 από τον Ευγένιο Γκολντστάιν Kathodenstrahlen, ή καθοδικές ακτίνες.[2][3] Το 1897, ο Βρετανός φυσικός Τζόζεφ Τζον Τόμσον έδειξε ότι οι καθοδικές ακτίνες αποτελούνταν από ένα προηγουμένως άγνωστο αρνητικά φορτισμένο σωματίδιο, το οποίο αργότερα ονομάστηκε ηλεκτρόνιο Οι καθοδικοί σωλήνες (Cathode-ray tube (CRT)) χρησιμοποιούν μια εστιασμένη δέσμη ηλεκτρονίων που εκτρέπεται από ηλεκτρικά ή μαγνητικά πεδία για να αποδώσουν μια εικόνα σε μια οθόνη.

Περιγραφή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ένα διάγραμμα που δείχνει έναν σωλήνα Crookes συνδεδεμένο σε τροφοδοσία υψηλής τάσης. Ο σταυρός της Μάλτας δεν έχει εξωτερική ηλεκτρική σύνδεση.

Οι καθοδικές ακτίνες ονομάζονται έτσι επειδή εκπέμπονται από το αρνητικό ηλεκτρόδιο, ή κάθοδο, σε ένα σωλήνα κενού. Για να απελευθερωθούν ηλεκτρόνια στον σωλήνα, πρέπει πρώτα να αποσπαστούν από τα άτομα της καθόδου. Στους πρώιμους πειραματικούς σωλήνες κενού ψυχρής καθόδου στους οποίους ανακαλύφθηκαν οι καθοδικές ακτίνες, που ονομάζονταν σωλήνες Crookes, αυτό γινόταν χρησιμοποιώντας ένα υψηλό ηλεκτρικό δυναμικό χιλιάδων Βολτ μεταξύ της ανόδου και της καθόδου για να ιονιστούν τα υπολειμματικά άτομα του αερίου στον σωλήνα. Τα θετικά ιόντα επιταχυνόντουσαν από το ηλεκτρικό πεδίο προς την κάθοδο και όταν συγκρουόντουσαν μαζί της εξήγαγαν ηλεκτρόνια έξω από την επιφάνειά της. αυτές ήταν οι καθοδικές ακτίνες. Οι σύγχρονοι σωλήνες κενού χρησιμοποιούν θερμιονική εκπομπή, στην οποία η κάθοδος αποτελείται από ένα λεπτό σύρμα νήματος το οποίο θερμαίνεται από ξεχωριστό ηλεκτρικό ρεύμα που διέρχεται από αυτό. Η αυξημένη τυχαία κίνηση θερμότητας του νήματος εξάγει τα ηλεκτρόνια έξω από την επιφάνεια του νήματος, στον εκκενωμένο χώρο του σωλήνα. Δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο, απωθούνται από την αρνητική κάθοδο και έλκονται από τη θετική άνοδο. Ταξιδεύουν σε παράλληλες γραμμές μέσα από τον κενό σωλήνα. Η τάση που εφαρμόζεται μεταξύ των ηλεκτροδίων επιταχύνει αυτά τα σωματίδια χαμηλής μάζας με υψηλές ταχύτητες. Οι καθοδικές ακτίνες είναι αόρατες, αλλά η παρουσία τους ανιχνεύθηκε για πρώτη φορά σε αυτούς τους σωλήνες Crookes όταν χτύπησαν το γυάλινο τοίχωμα του σωλήνα, διεγείροντας τα άτομα της γυάλινης επικάλυψης και προκαλώντας τους την εκπομπή φωτός, μια λάμψη που ονομάζεται φθορισμός. Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι τα αντικείμενα που τοποθετήθηκαν στον σωλήνα μπροστά από την κάθοδο μπορούσαν να ρίξουν μια σκιά στο ακτινοβόλο τοίχωμα και συνειδητοποίησαν ότι κάτι πρέπει να ταξιδεύει σε ευθείες γραμμές από την κάθοδο. Αφού τα ηλεκτρόνια χτυπήσουν στο πίσω μέρος του σωλήνα, κατευθύνονται προς την άνοδο, μετά ταξιδεύουν μέσω της ανόδου, της τροφοδοσίας και πίσω μέσω της καθόδου στην κάθοδο, έτσι οι καθοδικές ακτίνες μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα μέσω του σωλήνα. Αυτες χρησιμοποιούνται σε καθοδικούς σωλήνες, που βρίσκονται σε τηλεοράσεις και οθόνες υπολογιστών, και σε ηλεκτρονικά μικροσκόπια Το ρεύμα σε μια δέσμη καθοδικών ακτίνων μέσω ενός σωλήνα κενού μπορεί να ελεγχθεί περνώντας το μέσα από ένα μεταλλικό πλέγμα καλωδίων (ένα πλέγμα ελέγχου) μεταξύ καθόδου και ανόδου, στο οποίο εφαρμόζεται μια μικρή αρνητική τάση. Το ηλεκτρικό πεδίο των συρμάτων εκτρέπει μερικά από τα ηλεκτρόνια, εμποδίζοντάς τα να φτάσουν στην άνοδο. Η ποσότητα του ρεύματος που περνά στην άνοδο εξαρτάται από την τάση στο πλέγμα. Έτσι, μια μικρή τάση στο πλέγμα μπορεί να γίνει για τον έλεγχο μιας πολύ μεγαλύτερης τάσης στην άνοδο. Αυτή είναι η αρχή που χρησιμοποιείται στους σωλήνες κενού για να ενισχυθούν τα ηλεκτρικά σήματα. Η τρίοδος ηλεκτρονική λυχνία που αναπτύχθηκε μεταξύ 1907 και 1914 ήταν η πρώτη ηλεκτρονική συσκευή που μπορούσε να ενισχύει και να εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σε ορισμένες εφαρμογές όπως οι ραδιοπομποί. Δέσμες καθοδικών ακτίνων υψηλής ταχύτητας μπορούν επίσης να κατευθύνονται και να χειρίζονται από ηλεκτρικά πεδία που δημιουργούνται από πρόσθετες μεταλλικές πλάκες στον σωλήνα στον οποίο εφαρμόζεται τάση, ή από μαγνητικά πεδία που δημιουργούνται από πηνία σύρματος (ηλεκτρομαγνήτες). Αυτά χρησιμοποιούνται σε σωλήνες καθοδικών ακτίνων, που βρίσκονται σε τηλεοράσεις και οθόνες υπολογιστών, και σε ηλεκτρονικά μικροσκόπια.

  • Σωλήνας Crookes. Η κάθοδος (αρνητικός ακροδέκτης) βρίσκεται στα δεξιά. Η άνοδος (θετικός ακροδέκτης) βρίσκεται στη βάση του σωλήνα στο κάτω μέρος.
    Σωλήνας Crookes. Η κάθοδος (αρνητικός ακροδέκτης) βρίσκεται στα δεξιά. Η άνοδος (θετικός ακροδέκτης) βρίσκεται στη βάση του σωλήνα στο κάτω μέρος.
  • Οι καθοδικές ακτίνες ταξιδεύουν από την κάθοδο στο πίσω μέρος του σωλήνα, χτυπώντας το γυάλινο μπροστινό μέρος, κάνοντάς το να λάμπει πράσινο με φθορισμό. Ένας μεταλλικός σταυρός στο σωλήνα ρίχνει μια σκιά, αποδεικνύοντας ότι οι ακτίνες ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές.
    Οι καθοδικές ακτίνες ταξιδεύουν από την κάθοδο στο πίσω μέρος του σωλήνα, χτυπώντας το γυάλινο μπροστινό μέρος, κάνοντάς το να λάμπει πράσινο με φθορισμό. Ένας μεταλλικός σταυρός στο σωλήνα ρίχνει μια σκιά, αποδεικνύοντας ότι οι ακτίνες ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές.
  • Ένας μαγνήτης δημιουργεί ένα οριζόντιο μαγνητικό πεδίο μέσω του λαιμού του σωλήνα, λυγίζοντας τις ακτίνες προς τα πάνω, οπότε η σκιά του σταυρού είναι υψηλότερη.
    Ένας μαγνήτης δημιουργεί ένα οριζόντιο μαγνητικό πεδίο μέσω του λαιμού του σωλήνα, λυγίζοντας τις ακτίνες προς τα πάνω, οπότε η σκιά του σταυρού είναι υψηλότερη.
  • Όταν ο μαγνήτης αντιστρέφεται, κάμπτει τις ακτίνες προς τα κάτω, οπότε η σκιά είναι χαμηλότερη. Η ροζ λάμψη προκαλείται από τις καθοδικές ακτίνες που χτυπούν τα υπολειμματικά άτομα του αερίου στο σωλήνα.
    Όταν ο μαγνήτης αντιστρέφεται, κάμπτει τις ακτίνες προς τα κάτω, οπότε η σκιά είναι χαμηλότερη. Η ροζ λάμψη προκαλείται από τις καθοδικές ακτίνες που χτυπούν τα υπολειμματικά άτομα του αερίου στο σωλήνα.

Ιστορικό[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Μετά την εφεύρεση του 1654 της αντλίας κενού από τον Ότο φον Γκέρικε, οι φυσικοί άρχισαν να πειραματίζονται με τη διέλευση ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής τάσης μέσω του αραιού αέρα. Το 1705, σημειώθηκε ότι οι σπινθήρες ηλεκτροστατικής γεννήτριας διανύουν μεγαλύτερη απόσταση μέσω αέρα χαμηλής πίεσης παρά μέσω του αέρα ατμοσφαιρικής πίεσης.

Σωλήνες εκκένωσης αερίου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Εκκένωση αίγλης σε σωλήνα χαμηλής πίεσης που προκαλείται από ηλεκτρικό ρεύμα.

Το 1838, ο Μάικλ Φάραντεϊ εφάρμοσε υψηλή τάση ανάμεσα σε δύο μεταλλικά ηλεκτρόδια σε κάθε άκρο ενός γυάλινου σωλήνα που είχε μερικώς εκκενωθεί από αέρα, και παρατήρησε ένα περίεργο φωτεινό τόξο με την αρχή του στην κάθοδο (αρνητικό ηλεκτρόδιο) και το τέλος του στην άνοδο (θετικό ηλεκτρόδιο).[4] Το 1857, ο Γερμανός φυσικός και υαλοφυσητής Χάινριχ Γκάισλερ (Heinrich Geissler) αναρρόφησε ακόμη περισσότερο αέρα με μια βελτιωμένη αντλία, σε πίεση περίπου 10−3 atm και βρήκε ότι, αντί για τόξο, μια αίγλη γέμισε τον σωλήνα. Η τάση που εφαρμόστηκε μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων των σωλήνων, που παράχθηκε από ένα επαγωγικό πηνίο, ήταν μεταξύ λίγων kV και 100 kV. Αυτά ονομάστηκαν σωλήνες (λυχνίες) Γκάισλερ, παρόμοιες με τις σημερινές επιγραφές νέον. Η εξήγηση αυτών των αποτελεσμάτων ήταν ότι η υψηλή τάση επιτάχυνε ελεύθερα ηλεκτρόνια και ηλεκτρικά φορτισμένα άτομα (ιόντα) που υπήρχαν φυσιολογικά στον αέρα του σωλήνα Σε χαμηλή πίεση, υπήρχε αρκετός χώρος μεταξύ των ατόμων του αερίου ώστε τα ηλεκτρόνια μπορούσαν να επιταχυνθούν σε αρκετά υψηλές ταχύτητες, ώστε όταν χτυπούσαν ένα άτομο, να διώχνουν ηλεκτρόνια από αυτό, δημιουργώντας περισσότερα θετικά ιόντα και ελεύθερα ηλεκτρόνια, κάτι που συνεχιζόταν δημιουργώντας περισσότερα ιόντα και ηλεκτρόνια σε μια αλυσιδωτή αντίδραση γνωστή ως εκκένωση αίγλης. Τα θετικά ιόντα έλκονταν από την κάθοδο και όταν την χτυπούσαν απομάκρυναν περισσότερα ηλεκτρόνια από αυτήν, τα οποία έλκονταν προς την άνοδο. Έτσι ο ιοντισμένος αέρας ήταν ηλεκτρικά αγώγιμος και ένα ηλεκτρικό ρεύμα έρεε μέσω του σωλήνα. Οι σωλήνες Γκάισλερ (Geissler) είχαν αρκετό αέρα μέσα τους ώστε τα ηλεκτρόνια μπορούσαν να διανύσουν μόνο μια μικρή απόσταση πριν συγκρουστούν με ένα άτομο. Τα ηλεκτρόνια σε αυτούς τους σωλήνες μετακινιόντουσαν με μια αργή διαδικασία διάχυσης, χωρίς ποτέ να αποκτήσουν μεγάλη ταχύτητα, έτσι αυτοί οι σωλήνες δεν παρήγαγαν καθοδικές ακτίνες. Αντίθετα, παρήγαγαν μια πολύχρωμη εκκένωση αίγλης (όπως σε μια σύγχρονη επιγραφή νέον), που προκαλείται όταν τα ηλεκτρόνια χτυπούν άτομα αερίου, διεγείροντας τα τροχιακά τους ηλεκτρόνια σε υψηλότερα ενεργειακά επίπεδα. Τα ηλεκτρόνια απελευθερώνουν αυτή την ενέργεια ως φως. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται φθορισμός.

Καθοδικές ακτίνες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Μέχρι τη δεκαετία του 1870, ο Βρετανός φυσικός Ουίλιαμ Κρουκς και άλλοι ήταν σε θέση να εκκενώσουν τους σωλήνες σε χαμηλότερη πίεση, κάτω από 10−6 atm. Αυτά ονομάστηκαν σωλήνες Κρουκς (Crookes tubes). Ο Φαρεντέι (Faraday) ήταν ο πρώτος που παρατήρησε ένα σκοτεινό χώρο ακριβώς μπροστά από την κάθοδο, όπου δεν υπήρχε φωταύγεια. Αυτό ονομάστηκε "σκοτεινός χώρος καθόδου", "σκοτεινός χώρος Faraday", ή "σκοτεινός χώρος Crookes". Ο Κρουκς διαπίστωσε ότι καθώς αντλούσε περισσότερο αέρα από τους σωλήνες, ο σκοτεινός χώρος του Faraday εξαπλωνόταν κάτω από τον σωλήνα από την κάθοδο προς την άνοδο, έως ότου ο σωλήνας ήταν εντελώς σκοτεινός. Αλλά στο άκρο της ανόδου (θετικό) του σωλήνα, το ίδιο το γυαλί του σωλήνα άρχιζε να λάμπει. Αυτό που συνέβαινε ήταν ότι καθώς αντλούνταν περισσότερος αέρας από τον σωλήνα, τα ηλεκτρόνια απομακρύνονταν έξω από την κάθοδο και όταν τα θετικά ιόντα την χτυπούσαν μπορούσαν να ταξιδέψουν μακρύτερα, κατά μέσο όρο, προτού χτυπήσουν ένα άτομο αερίου. Όταν ο σωλήνας ήταν σκοτεινός, τα περισσότερα από τα ηλεκτρόνια μπορούσαν να ταξιδέψουν σε ευθείες γραμμές από την κάθοδο προς το άκρο της ανόδου του σωλήνα χωρίς σύγκρουση. Χωρίς εμπόδια, αυτά τα σωματίδια χαμηλής μάζας επιταχυνόντουσαν με υψηλές ταχύτητες από την τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων. Αυτές ήταν οι καθοδικές ακτίνες. Όταν έφτασαν στο άκρο της ανόδου του σωλήνα, ταξίδευαν τόσο γρήγορα που, αν και έλκονταν από αυτή, συχνά περνούσαν πέρα από την άνοδο και χτυπούσαν το πίσω τοίχωμα του σωλήνα. Όταν χτύπησαν άτομα στο γυάλινο τοίχωμα, διέγειραν τα τροχιακά τους ηλεκτρόνια σε υψηλότερα ενεργειακά επίπεδα. Όταν τα ηλεκτρόνια επέστρεφαν στο αρχικό τους επίπεδο ενέργειας, απελευθέρωσαν την ενέργεια ως φως, προκαλώντας φθορισμό του γυαλιού, συνήθως ένα πρασινωπό ή γαλαζωπό χρώμα. Αργότερα ερευνητές έβαψαν τον εσωτερικό πίσω τοίχωμα με φθορίζουσες χημικές ουσίες όπως θειούχο ψευδάργυρο, για να κάνουν τη λάμψη πιο ορατή. Οι ίδιες οι καθοδικές ακτίνες είναι αόρατες, αλλά αυτός ο τυχαίος φθορισμός επέτρεψε στους ερευνητές να παρατηρήσουν ότι αντικείμενα στον σωλήνα μπροστά από την κάθοδο, όπως η άνοδος, ρίχνουν σκιές με αιχμηρές άκρες στο λαμπερό πίσω τοίχωμα. Το 1869, ο Γερμανός φυσικός Γιόχαν Χίτορφ (Johann Hittorf) ήταν ο πρώτος που συνειδητοποίησε ότι κάτι πρέπει να ταξιδεύει σε ευθείες γραμμές από την κάθοδο για να ρίξει τις σκιές. Ο Ευγένιος Γκολντστάιν τις ονόμασε καθοδικές ακτίνες (γερμανικά kathodenstrahlen).

Ανακάλυψη του ηλεκτρονίου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Εκείνη την εποχή, τα άτομα ήταν τα μικρότερα γνωστά σωματίδια και πίστευαν ότι ήταν αδιαίρετα. Αυτό που μετέφερε ηλεκτρικά ρεύματα ήταν ένα μυστήριο. Κατά το τελευταίο τέταρτο του 19ου αιώνα, έγιναν πολλά ιστορικά πειράματα με σωλήνες Crookes για να προσδιοριστεί τι ήταν οι καθοδικές ακτίνες. Υπήρχαν δύο θεωρίες. Ο Crookes και ο Άρθουρ Σούστερ (Arthur Schuster) πίστευαν ότι ήταν σωματίδια "ακτινοβόλος ύλης", δηλαδή ηλεκτρικά φορτισμένα άτομα. Οι Γερμανοί επιστήμονες Eilhard Wiedemann, Χάινριχ Χερτζ και Goldstein πίστευαν ότι ήταν "κύματα αιθέρα", κάποια νέα μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, και ήταν ξεχωριστή από αυτή που μετέφερε το ηλεκτρικό ρεύμα μέσω του σωλήνα. Η συζήτηση επιλύθηκε το 1897 όταν ο Τζόζεφ Τζον Τόμσον μέτρησε τη μάζα των καθοδικών ακτίνων, δείχνοντας ότι αποτελούνταν από σωματίδια, αλλά ήταν περίπου 1800 φορές ελαφρύτερα από το ελαφρύτερο άτομο, το υδρογόνο. Επομένως, δεν ήταν άτομα, αλλά ένα νέο σωματίδιο, το πρώτο υποατομικό σωματίδιο που ανακαλύφθηκε, το οποίο αρχικά ονόμασε "σωμάτιο" αλλά αργότερα ονομάστηκε "ηλεκτρόνιο", μετά από σωματίδια που πρότεινε ο George Johnstone Stoney το 1874. Έδειξε επίσης ότι ήταν ταυτόσημα με τα σωματίδια που εκπέμπονται από το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και τα ραδιενεργά υλικά.[5] Γρήγορα αναγνωρίστηκε ότι είναι τα σωματίδια που μεταφέρουν ηλεκτρικά ρεύματα σε μεταλλικά σύρματα και φέρουν το αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο του ατόμου. Ο Thomson έλαβε το 1906 Βραβείο Νόμπελ Φυσικής για αυτό το έργο. Ο Φίλιπ Λέναρντ συνέβαλε επίσης πολύ στη θεωρία των καθοδικών ακτίνων, κερδίζοντας το βραβείο Νόμπελ το 1905 για την έρευνά του σχετικά με τις καθοδικές ακτίνες και τις ιδιότητές τους.

Σωλήνες κενού[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η μέθοδος ιοντισμού αερίου (ή ψυχρή κάθοδος) για την παραγωγή καθοδικών ακτίνων που χρησιμοποιήθηκε στους σωλήνες Crookes ήταν αναξιόπιστη, επειδή εξαρτιόταν από την πίεση του υπολειπόμενου αέρα στο σωλήνα. Με την πάροδο του χρόνου, ο αέρας απορροφόταν από τα τοιχώματα του σωλήνα και σταματούσε να λειτουργεί. Μια πιο αξιόπιστη και ελεγχόμενη μέθοδος παραγωγής καθοδικών ακτίνων διερευνήθηκε από τους Hittorf και Goldstein και ανακαλύφθηκε εκ νέου από τον Τόμας Έντισον το 1880. Μια κάθοδος κατασκευασμένη από ένα νήμα σύρματος πυρακτώθηκε από ένα χωριστό ρεύμα που πέρναγε από αυτό και απελευθέρωνε ηλεκτρόνια στον σωλήνα με μια διαδικασία που ονομάζεται θερμιονική εκπομπή. Οι πρώτες αληθινές ηλεκτρονικές λυχνίες (σωλήνες κενού), που εφευρέθηκαν το 1904 από τον Τζον Φλέμινγκ (John Fleming), χρησιμοποίησαν αυτήν την τεχνική πυρακτωμένης καθόδου και αντικατέστησαν τους σωλήνες Crookes. Αυτοί οι σωλήνες δεν χρειάζονταν αέριο για να λειτουργήσουν, έτσι εκκενώθηκαν σε χαμηλότερη πίεση, περίπου 10−9 atm (10−4 Pa). Η μέθοδος ιοντισμού για τη δημιουργία καθοδικών ακτίνων που χρησιμοποιήθηκε στους σωλήνες Κρουκς χρησιμοποιείται σήμερα μόνο σε μερικούς εξειδικευμένους σωλήνες εκκένωσης αερίου όπως το κρύτρον (krytron). Το 1906, ο Λη ντε Φόρεστ ανακάλυψε ότι μια μικρή τάση σε ένα πλέγμα μεταλλικών συρμάτων μεταξύ της καθόδου και της ανόδου μπορούσε να ελέγξει ένα ρεύμα σε μια δέσμη καθοδικών ακτίνων που περνούσε μέσα από ένα σωλήνα κενού. Η εφεύρεσή του, που ονομάζεται τρίοδος (triode), ήταν η πρώτη συσκευή που μπορούσε να ενισχύσει ηλεκτρικά σήματα και έφερε επανάσταση στην ηλεκτρική τεχνολογία, δημιουργώντας το νέο πεδίο ηλεκτρονικής. Οι σωλήνες κενού κατέστησαν δυνατές τις ραδιοφωνικές και τηλεοπτικές μεταδόσεις, καθώς και τα ραντάρ, τις ομιλούσες ταινίες, την ηχογράφηση και τις υπηρεσίες τηλεφωνίας μεγάλων αποστάσεων και αποτέλεσαν το θεμέλιο των ηλεκτρονικών συσκευών ευρείας κατανάλωσης μέχρι τη δεκαετία του 1960, όταν το τρανζίστορ έφερε στο τέλος την εποχή των σωλήνων κενού. Οι καθοδικές ακτίνες σήμερα ονομάζονται συνήθως δέσμες ηλεκτρονίων. Η τεχνολογία χειρισμού δεσμών ηλεκτρονίων που πρωτοστάτησε σε αυτούς τους πρώιμους σωλήνες εφαρμόστηκε πρακτικά στον σχεδιασμό σωλήνων κενού, ιδιαίτερα στην εφεύρεση του σωλήνα καθοδικών ακτίνων (CRT) από τον Καρλ Φέρντιναντ Μπράουν το 1897, η οποία χρησιμοποιήθηκε σε τηλεοράσεις και παλμογράφους. Σήμερα, οι δέσμες ηλεκτρονίων χρησιμοποιούνται σε εξελιγμένες συσκευές όπως το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, η λιθογραφία δέσμης ηλεκτρονίων και ο επιταχυντής σωματιδίων.

Ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Όπως ένα κύμα, οι καθοδικές ακτίνες ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές και παράγουν μια σκιά όταν εμποδίζονται από αντικείμενα. Ο Έρνεστ Ράδερφορντ έδειξε ότι οι ακτίνες μπορούσαν να περάσουν μέσα από λεπτά μεταλλικά φύλλα, συμπεριφορά που αναμενόταν από ένα σωματίδιο. Αυτές οι αντικρουόμενες ιδιότητες προκάλεσαν διαταραχές κατά την προσπάθεια ως κύμα ή σωματίδιο. Ο Κρουκς επέμεινε ότι ήταν ένα σωματίδιο, ενώ ο Χέρτζ υποστήριζε ότι ήταν κύμα. Η αντιπαράθεση επιλύθηκε όταν ένα ηλεκτρικό πεδίο χρησιμοποιήθηκε για να εκτρέψει τις ακτίνες από τον Τζόζεφ Τζον Τόμσον. Αυτό ήταν απόδειξη ότι οι δέσμες αποτελούνταν από σωματίδια επειδή οι επιστήμονες γνώριζαν ότι ήταν αδύνατο να εκτρέψουν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα με ηλεκτρικό πεδίο. Αυτά μπορούν επίσης να δημιουργήσουν μηχανικά φαινόμενα, φθορισμό κ.λπ. Ο Λουί ντε Μπρέιγ αργότερα, το 1924, έδειξε στη διδακτορική του διατριβή ότι τα ηλεκτρόνια είναι στην πραγματικότητα παρόμοια με τα φωτόνια από την άποψη ότι δρουν και ως κύματα και ως σωματίδια με διπλό τρόπο όπως ο Άλμπερτ Αϊνστάιν είχε δείξει νωρίτερα για το φως. Η κυματική συμπεριφορά των καθοδικών ακτίνων αποδείχθηκε αργότερα απευθείας χρησιμοποιώντας την ανάκλαση από επιφάνεια νικελίου από το πείραμα Ντάβισον-Τζέρμερ (Davisson-Germer),[6] και μετάδοση μέσω λεπτών μεμβρανών κελουλοΐτη και αργότερα μεταλλικών μεμβρανών από τους Τζορτζ Τόμσον και Alexander Reidand[7] το 1927. Ο Αλεξάντερ Ράιντ (Alexander Reid), ο οποίος ήταν μεταπτυχιακός φοιτητής του Τόμσον, έκανε τα πρώτα πειράματα, αλλά πέθανε αμέσως μετά σε ατύχημα με μοτοσικλέτα [8] και αναφέρεται σπάνια.)

Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. ↑ Martin, Andre (1986), «Cathode Ray Tubes for Industrial and Military Applications», στο: Hawkes, Peter, επιμ., Advances in Electronics and Electron Physics, Volume 67, Academic Press, σελ. 183, ISBN 9780080577333 
  2. ↑ E. Goldstein (May 4, 1886) "Vorläufige Mittheilungen über elektrische Entladungen in verdünnten Gasen" (Preliminary communications on electric discharges in rarefied gases), Monatsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin (Monthly Reports of the Royal Prussian Academy of Science in Berlin), 279-295. From page 286: "13. Das durch die Kathodenstrahlen in der Wand hervorgerufene Phosphorescenzlicht ist höchst selten von gleichförmiger Intensität auf der von ihm bedeckten Fläche, und zeigt oft sehr barocke Muster." (13. The phosphorescent light that's produced in the wall by the cathode rays is very rarely of uniform intensity on the surface that it covers, and [it] often shows very baroque patterns.)
  3. ↑ Joseph F. Keithley The story of electrical and magnetic measurements: from 500 B.C. to the 1940s John Wiley and Sons, 1999 (ISBN 0-7803-1193-0), page 205
  4. ↑ Michael Faraday (1838) "VIII. Experimental researches in electricity. — Thirteenth series.," Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 128 : 125-168.
  5. ↑ Thomson, J. J. (August 1901). «On bodies smaller than atoms». The Popular Science Monthly (Bonnier Corp.): 323–335. https://books.google.com/books?id=3CMDAAAAMBAJ&pg=PA323. Ανακτήθηκε στις 2009-06-21. 
  6. ↑ Davisson, C.; Germer, L. H. (1927). «Diffraction of Electrons by a Crystal of Nickel». Physical Review 30 (6): 705–740. doi:10.1103/PhysRev.30.705. https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.30.705. 
  7. ↑ Thomson, G. P.; Reid, A. (1927). «Diffraction of Cathode Rays by a Thin Film» (στα αγγλικά). Nature 119 (3007): 890–890. doi:10.1038/119890a0. ISSN 1476-4687. https://www.nature.com/articles/119890a0. 
  8. ↑ Navarro, Jaume (2010). «Electron diffraction chez Thomson: early responses to quantum physics in Britain» (στα αγγλικά). The British Journal for the History of Science 43 (2): 245–275. doi:10.1017/S0007087410000026. ISSN 0007-0874. https://www.cambridge.org/core/product/identifier/S0007087410000026/type/journal_article. 
  • General Chemistry (structure and properties of matter) by Aruna Bandara (2010)

Εξωτερικοί σύνδεσμοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Καθιερωμένοι όροι
Ανακτήθηκε από "https://el.wikipedia.org/w/index.php?title=Καθοδικές_ακτίνες&oldid=10129217"