Een kathodestraal is een elektronenstraal in een vacuümbuis die van de negatief geladen elektrode (kathode) aan het ene uiteinde naar de positief geladen elektrode (anode) aan de andere kant, over een Spanning verschil tussen de elektroden. Ze worden ook elektronenbundels genoemd.
Hoe Cathode Rays werkt
De elektrode aan het negatieve uiteinde wordt een kathode genoemd. De elektrode aan het positieve uiteinde wordt een anode genoemd. Omdat elektronen worden afgestoten door de negatieve lading, wordt de kathode gezien als de "bron" van de kathodestraal in de vacuümkamer. Elektronen worden aangetrokken door de anode en reizen in rechte lijnen door de ruimte tussen de twee elektroden.
Kathodestralen zijn onzichtbaar, maar hun effect is om atomen in het glas tegenover de kathode door de anode op te wekken. Ze reizen met hoge snelheid wanneer spanning op de elektroden wordt aangelegd en sommige passeren de anode om het glas te raken. Hierdoor worden atomen in het glas naar een hoger energieniveau gebracht, waardoor een fluorescerende gloed ontstaat. Deze fluorescentie kan worden versterkt door fluorescerende chemicaliën op de achterwand van de buis aan te brengen. Een object dat in de buis wordt geplaatst, werpt een schaduw en laat zien dat de elektronen in een rechte lijn, een straal, stromen.
Kathodestralen kunnen worden afgebogen door een elektrisch veld, wat bewijst dat het eerder uit elektronendeeltjes dan uit fotonen bestaat. De stralen van elektronen kunnen ook door dunne metaalfolie gaan. Kathodestralen vertonen echter ook golfachtige kenmerken in experimenten met kristalroosters.
Een draad tussen de anode en de kathode kan de elektronen terugvoeren naar de kathode, waardoor een elektrisch circuit wordt voltooid.
Kathodestraalbuizen vormden de basis voor radio- en televisie-uitzendingen. Televisietoestellen en computermonitors vóór het debuut van plasma-, LCD- en OLED-schermen waren kathodestraalbuizen (CRT's).
Geschiedenis van Cathode Rays
Met de uitvinding van de vacuümpomp uit 1650 konden wetenschappers de effecten van verschillende materialen in stofzuigers bestuderen, en al snel bestudeerden ze elektriciteit in een vacuüm. Al in 1705 werd vastgelegd dat elektrische ontladingen in stofzuigers (of bijna stofzuigers) een grotere afstand konden afleggen. Dergelijke verschijnselen werden populair als nieuwigheden en zelfs gerenommeerde natuurkundigen zoals Michael faraday bestudeerde de effecten ervan. Johann Hittorf ontdekte in 1869 kathodestralen met behulp van een Crookes-buis en merkte schaduwen op de gloeiende wand van de buis tegenover de kathode.
In 1897 J. J. Thomson ontdekte dat de massa van de deeltjes in kathodestralen 1800 keer lichter was dan waterstof, het lichtste element. Dit was de eerste ontdekking van subatomaire deeltjes, die elektronen werden genoemd. Hij ontving de 1906 Nobelprijs in de natuurkunde voor dit werk.
Aan het einde van de 19e eeuw bestudeerde natuurkundige Phillip von Lenard de kathodestralen aandachtig en zijn werk met hen leverde hem de Nobelprijs voor natuurkunde in 1905 op.
De meest populaire commerciële toepassing van kathodestraaltechnologie is in de vorm van traditioneel televisietoestellen en computermonitors, hoewel deze worden vervangen door nieuwere beeldschermen zoals OLED.