Катодно-лучевой эксперимент

Катодные лучи — это пучок отрицательно заряженных электронов, движущихся от отрицательного конца электрода к положительному в вакууме через разность потенциалов между электродами.

Как работают катодные лучи?

Катод — отрицательный электрод, анод — положительный электрод. Поскольку электроны отталкиваются отрицательным электродом, катод является источником катодных лучей внутри вакуумной среды. Когда применяется разность потенциалов, электроны переходят в возбужденное состояние и перемещаются с высокой скоростью, чтобы прыгать назад и вперед внутри вакуумной стеклянной камеры, а когда некоторые катодные лучи излучают определенные молекулы катодного экрана, они излучают световую энергию. Провод соединен от анода к катоду, замыкая электрическую цепь.

Конструкция электронно-лучевой трубки

Его основные компоненты:

• Сборка электронной пушки: — Это источник электронных лучей. Электронная пушка имеет нагреватель, катод, предварительно ускоряющий анод, фокусирующий анод и ускоряющий анод.

• Отклоняющие пластины: — Они создают однородное электростатическое поле только в одном направлении и ускоряют частицы только в одном направлении.

• Экран: — Внутренний слой экрана покрыт фосфором и дает флуоресценцию, когда электронно-лучевые лучи попадают на экран в процессе возбуждения фосфором.

• Аквадаг: — Это водный раствор графита, используемый для сбора вторично испускаемых электронов, необходимых для поддержания электрического равновесия катодного луча.

Что такое эксперимент с катодно-лучевой трубкой?

В 1897 году великий врач Дж. Дж. Томпсон провел свой первый эксперимент с электронно-лучевой трубкой, чтобы доказать, что лучи, испускаемые электронной пушкой, неотделимы от скрытого заряда. Он построил свою электронно-лучевую трубку с металлическим цилиндром на другом конце. В металле были две небольшие щели, ведущие к электрометру, который мог измерять небольшой электрический заряд. Из первого эксперимента он обнаружил, что электрометры перестали измерять электрический заряд. Из этого он сделал вывод, что электрический заряд и катодные лучи должны быть объединены вместе и представляют собой одно и то же.

Затем он провел Второй эксперимент, чтобы доказать, что заряд, переносимый катодными лучами, был отрицательным или положительным. Теперь он поместил отрицательно заряженную металлическую пластину с одной стороны катодных лучей, чтобы пройти мимо анода, и положительно заряженную металлическую пластину с другой стороны. Вместо электрометра на одном конце катодно-лучевой трубки он использовал трубку с люминесцентным покрытием, которая светилась там, где на нее попадал катодный луч. Когда были введены заряженные металлические пластины, он обнаружил, что катодные лучи отклоняются от отрицательной пластины к положительной пластине. Это доказало, что катодные лучи были заряжены отрицательно.

Затем он провел третий эксперимент, чтобы узнать природу частиц и уменьшить массу частицы, поскольку у них слишком малая масса для непосредственного расчета. Для эксперимента он использовал электронно-лучевую трубку с большой приложенной разностью потенциалов между двумя электродами, при этом отрицательно заряженный катод генерировал катодные лучи. Он уже сделал вывод, что частицы заряжены отрицательно. Во-первых, он приложил электрическое поле на пути между анодом и катодом и измерил отклонения от прямого пути. Теперь он приложил магнитное поле к электронно-лучевой трубке, используя внешнее магнитное поле. Катодный луч отклоняется магнитным полем. Теперь он изменил направление внешнего магнитного поля и обнаружил, что пучок электронов отклоняется в противоположном направлении.

После этих трех экспериментов он пришел к выводу, что внутри атома находится субатомная частица, первоначально названная «корпускулой», затем измененная на «электрон», которая в 1800 раз легче, чем масса атома водорода (Легчайший атом).

Используемая формула

Вывод формулы, используемой для расчета отношения заряда к массе:

Для электрического поля сила, действующая на частицу, равна

Сила (F) = Заряд (Q) * Электрическое поле (E) — <1>

Для Магнитного поля сила, действующая на частицу, движущуюся со скоростью, равна:

F = q * скорость (v) * Магнитное поле (B) — <2>

Из 1 и 2 получаем,

V = E / B —- <3>

Из определения Силы,

Ускорение (а) = Сила (f) / масса (м) —- <4>

Объединение 1 и 4

а = д * Э / м —- <5>

Из закона движения Ньютона вертикальное смещение:

Y = (1/2) * a * t * t —- <6>

От 5 до 6

q / m = (2 * y * v * v) / x * x * E

Постулаты атомной модели Дж. Дж. Томсона

После эксперимента с электронно-лучевой трубкой Томсон дал одну из первых моделей атома, включая недавно открытую частицу.

Его модель гласила:

1. Атом напоминает сферу положительного заряда с отрицательным зарядом внутри сферы.

2. Положительный заряд и отрицательный заряд были равны по величине, поэтому атом в целом не имеет заряда и электрически нейтрален.

3. Его модель напоминает сливовый пудинг или арбуз. Предполагалось, что положительный и отрицательный заряд внутри атома случайным образом распределен по всей сфере, как красная часть арбуза (положительный заряд) и черные семена (отрицательный заряд).

Практическое использование эксперимента с катодно-лучевой трубкой

В древние времена электронно-лучевые трубки использовались в пучке, где считалось, что электрон не имеет инерции, но имеет более высокие частоты и может быть видимым на короткое время.

Многие ученые пытались раскрыть секреты катодных лучей, в то время как другие искали практическое применение или применение экспериментов с электронно-лучевой трубкой. И первый поиск был завершен и выпущен в 1897 году, который был представлен как осциллограф Карла Фердинанда Брауна. Он использовался для получения люминесценции на экране с химическим воздействием, в котором катодным лучам позволяли проходить через узкую апертуру, фокусируясь на лучах, которые выглядят как точки. Эта точка пропускалась для сканирования по экрану, который визуально представлял генератор электрических импульсов.

Затем в течение первых двух-трех десятилетий двадцатого века изобретатели продолжали искать способы использования электронно-лучевой трубки. Затем, вдохновленный осциллографом Брауна, А.А. Кэмпбелл посоветовал использовать электронно-лучевую трубку для проецирования видеоизображения на экран. Но эта технология того времени не соответствовала видению Кэмпбелл-Суинтон. И только до 1922 года, когда Фило Т. Фарнсворт разработал магнит, чтобы сфокусировать поток электронов на экране для создания изображения. Таким образом, первый вид этого, Фарнсворт, был быстро поддержан кинескопом Зворыкина, известным как предок современных телевизоров.

В настоящее время большинство устройств для просмотра изображений изготавливаются с помощью технологии электронно-лучевой трубки, включая электронные пушки, которые используются в огромных областях науки, а также в медицине. Одним из таких применений для исследования электронно-лучевой трубки является микроскоп, изобретенный Эрнстом Руска в 1928 году. Электронный микроскоп использует поток электронов для увеличения изображения, поскольку электрон имеет небольшую длину волны, которая используется для увеличения очень больших объектов. маленькие, чтобы их можно было разрешить видимым светом. Так же, как Плексер и Крукс, Эрнст Руска использовал сильное поле магнитных линий, чтобы сфокусировать его на потоке электронов в изображении.