Καθοδικές_ακτίνες
Περιγραφή
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.