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阴极线被发现的历史

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阴极线被发现的历史

发布日期:2020-01-15 作者: 点击:

    之所以称阴极射线,是因为它们是由真空管中的负电极或阴极发出的。为了将电子释放到管中,首先必须将它们与阴极原子分离。在早期的冷阴极真空管(称为Crookes管)中,这是通过在阳极和阴极之间使用数千伏的高电势将管中的残留气体原子电离来完成的。正离子通过电场向阴极加速,当它们与阴极碰撞时,将电子从其表面击落。这些是阴极射线。现代真空管使用热电子发射,其中阴极由细丝制成,该细丝被流过阴极的单独电流加热。灯丝增加的随机热运动将电子从灯丝表面击落,进入电子管的真空空间。

阴极线被发现的历史

     由于电子带有负电荷,因此它们会被负极排斥,并被吸引到正极。它们以直线穿过空管。在电极之间施加的电压将这些低质量的粒子加速到高速。阴极射线是不可见的,但是当它们撞击玻璃管的玻璃壁时,首先在早期的真空管中检测到它们的存在,激发玻璃中的原子并使其发光,这种发光称为荧光。研究人员注意到,放置在阴极前管中的物体可能会在发光壁上投射出阴影,并意识到某些物体必须从阴极沿直线传播。电子到达阳极后,它们穿过阳极导线到达电源并回到阴极,因此阴极射线将电流通过管子。


     通过真空管的阴极射线束中的电流可以通过使其流过阴极和阳极之间的金属丝网(栅极)来控制,该金属丝网上施加了很小的负电压。导线的电场会使一些电子偏转,从而阻止它们到达阳极。流向阳极的电流量取决于电网上的电压。因此,可以使栅极上的小电压控制阳极上的大得多的电压。这是真空管中用于放大电信号的原理。1907年至1914年间开发的三极管真空管是首个可以放大的电子设备,至今仍在某些应用中使用,例如无线电发射机。阴极射线的高速束也可以通过由施加电压的管中的附加金属板产生的电场或由电线线圈(电磁体)产生的磁场来控制和操纵。这些用于电视,计算机显示器和电子显微镜中的阴极射线管。


    在1654年奥托•冯•居里克(Otto von Guericke)发明真空泵之后,物理学家开始尝试通过稀薄的空气传递高压电能。在1705年,人们注意到静电发生器火花通过低压空气传播的距离比通过大气压空气传播的距离更长。到1870年代,英国物理学家威廉·克鲁克斯(William Crookes)和其他人已经能够将试管抽空到更低的压力,低于10 -6 atm。这些被称为克鲁克斯管。法拉第是第一个在阴极前面发现暗区的地方,那里没有发光。这就是所谓的“阴极暗室”,“法拉第暗室”或“克鲁克斯暗室”。克鲁克斯发现,随着他从管中抽出更多的空气,法拉第暗室从阴极向阳极向下扩散,直到管完全黑为止。但是在灯管的阳极(正)端,灯管本身的玻璃开始发光。



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     发生的事情是,随着从管中抽出更多的空气,当正离子撞击电子时,电子会从阴极中撞出,平均而言,在撞击气体原子之前,它们可能传播得更远。到管子变黑时,大多数电子可以从管子的阴极到阳极末端成直线传播而不会发生碰撞。电极之间的电压可将这些低质量的粒子无障碍地加速至高速。这些是阴极射线。当它们到达灯管的阳极端时,它们的行进速度如此之快,以至于尽管它们被吸引,但它们还是经常飞过阳极并撞到灯管的后壁。当他们撞击玻璃壁上的原子时,它们将轨道电子激发到更高的能级。当电子返回其原始能级时,它们以光的形式释放出能量,从而使玻璃发出荧光,通常发出绿色或蓝色。后来,研究人员在后壁内侧涂了荧光化学物质(例如硫化锌),以使光辉更加可见。阴极射线本身是不可见的,但是这种偶然的荧光使研究人员注意到阴极前面的管中的物体(例如阳极)在发光的后壁上投射了锐利的阴影。1869年,德国物理学家约翰·希托夫(Johann Hittorf)首次意识到,某些东西必须从阴极沿直线传播才能投射阴影。欧根·戈德斯坦(Eugen Goldstein)将其命名为阴极射线


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