Kathodenstrahlröhre

Die Kathodenstrahlröhre war eine wissenschaftliche Kuriosität, die im späten 19. Wir wissen jetzt, dass die mysteriösen ‚Kathodenstrahlen‘ tatsächlich Elektronen sind – und wir können Magnete verwenden, um ihren Weg zu biegen.

Apparatur

Dieses Experiment erfordert offensichtlich eine mit Gas gefüllte Kathodenstrahlröhre, die leuchtet, wenn Elektronen darauf treffen. Die ideale CRT ist von Helmholtz-Spulen umschlossen, um ein variierendes Magnetfeld anlegen zu können. In Abwesenheit von Helmholtz-Spulen sollte ein starker Neodym-Magnet ausreichen, um den Elektronenstrahl zu biegen.

Zusätzlich zu einer Kathodenstrahlröhre benötigen Sie wahrscheinlich eine empfindliche Kamera, um Ihrem Publikum die Ergebnisse dieses Experiments zu zeigen. Die Elektronenstrahlen sind zu schwach, um etwas anderes als ein sehr kleines Publikum direkt zu sehen, und sind auch für Videogeräte eine Herausforderung! Eine Kamera mit Nachtmodus oder manueller Steuerung der Verstärkung (oder ISO) und Verschlusszeit ist wahrscheinlich erforderlich.

Wenn Sie keine Kathodenstrahlröhre haben, bieten ein alter CRT-Fernseher oder Computermonitor und ein starker Magnet eine qualitativere Version dieser Demo.

Die Demonstrationen

Kathodenstrahlröhre

1. Dimmen Sie das Licht und schalten Sie die Kamera ein, falls Sie eine verwenden.
2. Erhöhen Sie die Energie des Elektronenstrahls, bis das Gas im Inneren des Globus deutlich leuchtet.
3. Wenn Ihre CRT keine Helmholtzspulen hat, winken Sie einfach mit dem Neodym-Magneten in der Nähe der CRT, um die Strahlbiegung anzuzeigen. Möglicherweise müssen Sie dies ziemlich langsam tun, wenn die Kamera auf eine niedrige Bildrate eingestellt ist, um die Empfindlichkeit bei schwachem Licht zu erhöhen.
4. Wenn Ihre CRT Helmholtzspulen hat, drehen Sie den Strom in ihnen auf, bis sich der Strahl biegt.
5. Nachdem Sie den Strahlengang gekrümmt haben, drehen Sie die Energie weiter auf und zeigen Sie, dass die Krümmung mit zunehmender Elektronenenergie abnimmt.
6. Wenden Sie ein höheres Magnetfeld an, um zu demonstrieren, dass die Krümmung durch Erhöhen der Magnetfeldstärke wieder erhöht werden kann.

CRT-Fernseher/Monitor + Magnet

1. Holen Sie sich ein Bild auf dem Fernseh- oder Computerbildschirm. Wenn es sich um einen Computerbildschirm handelt, sollte es funktionieren, ihn einfach an einen Laptop anzuschließen. Für ein Fernsehgerät verfügen viele Camcorder und digitale Standbildkameras über einen S-Video-, Komponenten- oder Composite-Anschluss; Ältere Camcorder verfügen möglicherweise direkt über diese, Neuere Camcorder oder Digitalkameras verfügen jedoch möglicherweise über ein spezielles Kabel, das an einen Mini-USB-Anschluss oder eine ähnliche Buchse an der Kamera angeschlossen wird und an mehrere Arten von Anschlüssen zum Einstecken in das Fernsehgerät angeschlossen wird. Ein relativ ruhiges, helles Bild oder Video macht den Effekt, den wir beobachten werden, leichter zu unterscheiden.
2. Legen Sie den starken Magneten in die Nähe des Fernsehbildschirms. Das Bild wird verzerrt, und es erscheinen geschwungene Farbspuren.
3. Wenn die Verzerrung und die Farben nach dem Entfernen des Magneten vom Fernsehgerät bestehen bleiben, sollte das Aus— und Wiedereinschalten des Fernsehgeräts zu einer Entmagnetisierung führen, wodurch das Problem behoben wird – dies wird durch das charakteristische Klirren angezeigt, das häufig mit dem Einschalten einer CRT einhergeht. Manchmal, oft nach wiederholtem Radfahren, wird der Fernseher nicht entmagnetisieren. Schalten Sie es in diesem Fall aus, lassen Sie es für kurze Zeit stehen und schalten Sie es wieder ein.

Wie es funktioniert

Der Schlüssel hier ist, dass Magnetfelder den Weg eines sich bewegenden geladenen Teilchens biegen, und wir wissen, dass kann diesen Effekt nutzen, um einen Strahl zu steuern. Entscheidend für die Zukunft! daher benötigen Sie ein größeres Magnetfeld, um ein sich schneller bewegendes Teilchen zu biegen.In der Kathodenstrahlröhre werden Elektronen aus der Kathode ausgestoßen und durch eine Spannung beschleunigt, wobei sie für jedes Volt, durch das sie beschleunigt werden, etwa 600 km / s erreichen. Einige dieser sich schnell bewegenden Elektronen stoßen in das Gas in der Röhre und lassen es leuchten, wodurch wir den Weg des Strahls sehen können. Helmholtzspulen können dann verwendet werden, um ein quantifizierbares Magnetfeld anzulegen, indem ein bekannter Strom durch sie geleitet wird.

Eine schematische Darstellung eines CRT-Fernsehers im Querschnitt.
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Ein Magnetfeld bewirkt, dass eine Kraft auf die Elektronen wirkt, die sowohl senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung als auch zum Magnetfeld steht. Dies bewirkt, dass ein geladenes Teilchen in einem Magnetfeld einer Kreisbahn folgt. Je schneller die Bewegung des Partikels ist, desto größer ist der Kreis, der für ein bestimmtes Feld verfolgt wird, oder umgekehrt, desto größer ist das Feld, das für einen bestimmten Krümmungsradius des Strahls benötigt wird. Diesen quantitativen Punkt zu machen ist unmöglich ohne Kontrolle über die Teilchenenergie und das Magnetfeld, also muss dies angegeben werden, wenn Ihre Demo nicht beides hat.

Beim CRT-Fernseher werden die Wege der Elektronen dadurch verzerrt, dass der Magnet in die Nähe des Bildschirms gebracht wird. Das Bild auf dem Bildschirm hängt davon ab, dass die Elektronen genau auf Leuchtstoffe auf der Rückseite des Bildschirms treffen, die beim Aufprall unterschiedliche Lichtfarben emittieren. Die Elektronen werden so gezwungen, an der falschen Stelle zu landen, was die Verzerrung des Bildes und der psychedelischen Farben verursacht.