Tubo a raggi catodici

Il tubo a raggi catodici è stata una curiosità scientifica scoperto alla fine del 19 ° secolo, e un pilastro della tecnologia di visualizzazione alla fine del 20. Ora sappiamo che i misteriosi “raggi catodici” sono in realtà elettroni-e possiamo usare i magneti per piegare il loro percorso.

Apparecchio

Questo esperimento richiede ovviamente un tubo catodico pieno di gas che si illumina quando gli elettroni lo colpiscono. Il CRT ideale è racchiuso da bobine Helmholtz per consentire l’applicazione di un campo magnetico variabile. In assenza di bobine di Helmholtz, un forte magnete al neodimio dovrebbe essere sufficiente per piegare il fascio di elettroni.

Oltre a un tubo a raggi catodici, probabilmente avrai bisogno di una fotocamera sensibile per mostrare al tuo pubblico i risultati di questo esperimento. I fasci di elettroni sono troppo fiochi per qualsiasi cosa tranne un pubblico molto piccolo per vedere direttamente, e sono una sorta di sfida anche per le apparecchiature video! Una fotocamera con una modalità notturna, o il controllo manuale sul guadagno (o ISO) e la velocità dell’otturatore sarà probabilmente necessario.

Se non hai un tubo catodico, un vecchio monitor CRT TV o computer e un forte magnete forniranno una versione più qualitativa di questa demo.

Le dimostrazioni

Tubo a raggi catodici

1. Abbassare le luci e accendere la fotocamera se si sta utilizzando uno.
2. Alzare l’energia del fascio di elettroni fino a quando il gas all’interno del globo è chiaramente incandescente.
3. Se il CRT non ha bobine Helmholtz, è sufficiente agitare il magnete al neodimio vicino al CRT per mostrare la curvatura del fascio. Potrebbe essere necessario farlo abbastanza lentamente se la fotocamera è impostata su un frame rate basso per aumentare la sua bassa sensibilità alla luce.
4. Se il tuo CRT ha bobine Helmholtz, alza la corrente in esse fino a quando il raggio non si piega.
5. Dopo aver curvato il percorso del fascio, alzare ulteriormente l’energia e mostrare che la curvatura diminuisce con l’aumentare dell’energia degli elettroni.
6. Applicare un campo magnetico superiore per dimostrare che la curvatura può essere nuovamente aumentata aumentando l’intensità del campo magnetico.

CRT TV/monitor + magnete

1. Ottenere un’immagine sullo schermo del televisore o del computer. Se si tratta di uno schermo di computer semplicemente collegandolo a un laptop dovrebbe funzionare. Per un televisore, molte videocamere e fotocamere digitali avranno una connessione S-video, component o composite; videocamere più vecchie possono avere questi direttamente, ma videocamere più recenti o fotocamere digitali possono avere un cavo su misura che si inserisce in un mini-USB o jack simile sulla fotocamera e alimenta a più tipi di connettore per l’inserimento nel televisore. Un’immagine o un video relativamente fermi e luminosi rende l’effetto che stiamo per osservare più facile da distinguere.
2. Mettere il forte magnete vicino allo schermo del televisore. L’immagine si deformerà e appariranno ampie tracce di colore.
3. Se la distorsione e i colori rimangono dopo aver tolto il magnete dal televisore, spegnerlo e riaccenderlo dovrebbe costringere il televisore a “smagnetizzare” che risolverà il problema—questo è significato dal caratteristico clunk che spesso accompagna un CRT che si accende. A volte, spesso dopo ripetuti cicli, la TV non riesce a smagnetizzare. In questo caso, spegnerlo, lasciarlo per un breve periodo e riaccenderlo.

Come funziona

La chiave qui è che i campi magnetici si piega il percorso di un movimento di particelle cariche, e possiamo usare questo effetto per il controllo di un fascio. Cruciale per l’accelerazione! ricetta, è necessario un campo magnetico più grande per piegare una particella in movimento più veloce.

Nel tubo catodico, gli elettroni vengono espulsi dal catodo e accelerati attraverso una tensione, guadagnando circa 600 km/s per ogni volt attraverso cui vengono accelerati. Alcuni di questi elettroni in rapido movimento si schiantano nel gas all’interno del tubo, facendolo brillare, il che ci permette di vedere il percorso del raggio. Le bobine di Helmholtz possono quindi essere utilizzate per applicare un campo magnetico quantificabile facendo passare una corrente nota attraverso di esse.

Rappresentazione schematica di un televisore CRT in sezione trasversale.
Scarica questa immagine “

Un campo magnetico causerà una forza ad agire sugli elettroni che è perpendicolare sia alla loro direzione di marcia che al campo magnetico. Ciò fa sì che una particella carica in un campo magnetico segua un percorso circolare. Più veloce è il movimento della particella, più grande è il cerchio tracciato per un dato campo o, al contrario, più grande è il campo necessario per un dato raggio di curvatura del raggio. Rendere questo punto quantitativo è impossibile senza il controllo sia sull’energia delle particelle che sul campo magnetico, quindi questo dovrà essere dichiarato se la tua demo non ha entrambi questi.

Nel caso della TV CRT, i percorsi degli elettroni sono distorti dal magnete che viene portato vicino allo schermo. L’immagine sullo schermo dipende dagli elettroni che colpiscono precisamente i fosfori sul retro dello schermo, che emettono diversi colori di luce quando vengono colpiti. Gli elettroni sono così costretti ad atterrare nel posto sbagliato, causando la distorsione dell’immagine e dei colori psichedelici.