阴极射线

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阴极射线是在真空管中可以观察到的电子流。真空管是一个被抽成真空的、装有两个电极(一个阳极和一个阴极)的玻璃管。

阴极被加热后,其释放出来的电子会像射线一般移离。假设在阳极后面的玻璃片覆有磷光物质,则它会形成磷光。阴极与磷光之间的金属板会在磷光玻璃板上留下影子。这说明磷光是由阴极发射出来的粒子打到磷光板上后发出的。

克鲁克斯管示意图。从阴极直线发射出的阴极射线撞击到玻璃壁,因此在玻璃壁显示出磷光。在玻璃管内置入的蒙片会在磷光区域形成阴影。

历史
1690年奥托·冯·格里克发明真空泵后物理学家开始在稀薄空气中做电的试验。1705年人们发现在稀薄空气中的电弧比在一般空气中的长。1838年迈克尔·法拉第在充满稀薄空气的玻璃管中输送电流,他发现在阴极和阳极之间之间有一道奇怪的光弧。只有直接在阴极前没有这道光弧,这个地方被称为“法拉第暗空间”。

1857年德国玻璃工海因里希·盖斯勒发明了更好的泵来抽真空,由此发明了盖斯勒管。盖斯勒管的意图在于使得管内的气体发光。而有人则发现管壁也会发光,而且只有在阳极的一端会发光。威廉·克鲁克斯发明了更先进的克鲁克斯管,专门用来研究这样发出的光。

1859年,德国物理学者尤利乌斯·普吕克观测到,当管内部气体足够稀薄时,在阴极附近的管壁会出现绿色磷光,施加磁场可以改变磷光的位置,因此,他分辨出这种放电与普通放电不同,他推断绿色磷光是出自于电流撞击于玻璃所产生的现象。普吕克的学生约翰·希托夫于1869年发现,假设在阴极与磷光之间置入一块物体,则辉光会被限制在阴极与物体之间,玻璃管壁会因为物体的遮挡而在磷光曲面内出现一片阴影,这意味着辉光是由只会以直线传播的射线形成,并且在管壁造成磷光。1876年,德国物理学者欧根·戈尔德斯坦发现,辉光不是朝着所有方向发射,而是朝着垂直于阴极表面的方向发射,这与烛光的发射方式大不相同,烛光是朝着所有方向发射。戈尔德斯坦称这辉光为阴极射线,他主张,阴极射线是某种传播于乙太的电磁波,因为,如同紫外线一般,阴极射线以直线移动,并且当撞击时会造成磷光。

19世纪末许多著名科学家如诺贝尔奖获得者菲利普·莱纳德对阴极射线做了非常详细的研究。很快人们就认识到阴极射线是由今天被称为电子的带电粒子组成的。由于阴极发射这个射线,因此其电荷是负的。

应用
在没有外部影响的情况下阴极射线直线传播。电场和磁场可以改变它们的方向。人们利用这个现象发明了阴极射线管,它是电视机、示波器等的原理。

在许多工业中极高速的电子束用来做电子束焊接、迅速修补热固性塑料以及交叉结合热塑性塑料来改善其物理特性。极高速电子流也可以作为自由电子激光的增益介质。

高中物理知识点总结

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