Un raggio catodico è un fascio di elettroni in un tubo a vuoto che viaggia dall'elettrodo caricato negativamente (catodo) ad un'estremità verso l'elettrodo caricato positivamente (anodo) all'altro, attraverso a voltaggio differenza tra gli elettrodi. Sono anche chiamati raggi di elettroni.
Come funzionano i raggi catodici
L'elettrodo all'estremità negativa è chiamato catodo. L'elettrodo all'estremità positiva è chiamato anodo. Poiché gli elettroni vengono respinti dalla carica negativa, il catodo viene visto come la "sorgente" del raggio catodico nella camera del vuoto. Gli elettroni sono attratti dall'anodo e viaggiano in linea retta attraverso lo spazio tra i due elettrodi.
I raggi catodici sono invisibili ma il loro effetto è di eccitare gli atomi nel vetro opposto al catodo, dall'anodo. Viaggiano ad alta velocità quando viene applicata tensione agli elettrodi e alcuni bypassano l'anodo per colpire il vetro. Ciò provoca un aumento degli atomi nel vetro a un livello di energia più elevato, producendo un bagliore fluorescente. Questa fluorescenza può essere migliorata applicando sostanze chimiche fluorescenti alla parete posteriore del tubo. Un oggetto posizionato nel tubo proietterà un'ombra, mostrando che gli elettroni scorrono in linea retta, un raggio.
I raggi catodici possono essere deviati da un campo elettrico, il che dimostra che è composto da particelle di elettroni piuttosto che da fotoni. I raggi degli elettroni possono anche passare attraverso una sottile lamina di metallo. Tuttavia, i raggi catodici mostrano anche caratteristiche ondulate negli esperimenti con reticolo cristallino.
Un filo tra l'anodo e il catodo può riportare gli elettroni al catodo, completando un circuito elettrico.
I tubi a raggi catodici costituivano la base per la trasmissione radiofonica e televisiva. Televisori e monitor di computer prima del debutto di schermi al plasma, LCD e OLED erano tubi a raggi catodici (CRT).
Storia dei raggi catodici
Con l'invenzione del 1650 della pompa per vuoto, gli scienziati furono in grado di studiare gli effetti di diversi materiali nei vuoti e presto studiarono elettricità nel vuoto. Fu registrato già nel 1705 che nei vuoti (o vicino ai vuoti) le scariche elettriche potevano percorrere una distanza maggiore. Tali fenomeni sono diventati popolari come novità e persino fisici stimabili come Michael Faraday studiato i loro effetti. Johann Hittorf scoprì i raggi catodici nel 1869 usando un tubo di Crookes e notando ombre proiettate sulla parete luminosa del tubo opposto al catodo.
Nel 1897 J. J. Thomson scoprì che la massa delle particelle nei raggi catodici era 1800 volte più leggera dell'idrogeno, l'elemento più leggero. Questa è stata la prima scoperta di particelle subatomiche, che sono diventate chiamate elettroni. Ha ricevuto il 1906 premio Nobel in fisica per questo lavoro.
Alla fine del 1800, il fisico Phillip von Lenard studiò attentamente i raggi catodici e il suo lavoro con loro gli valse il premio Nobel per la fisica nel 1905.
L'applicazione commerciale più popolare della tecnologia a raggi catodici è in forma tradizionale televisori e monitor per computer, anche se questi vengono sostituiti da schermi più recenti come OLED.