kathodestraalbuis

de kathodestraalbuis was een wetenschappelijke nieuwsgierigheid ontdekt in de late 19e eeuw, en een steunpilaar van de display-technologie in de late 20e eeuw. We weten nu dat de mysterieuze ‘kathodestralen’ in feite elektronen zijn—en we kunnen magneten gebruiken om hun pad te buigen.

apparaat

dit experiment vereist uiteraard een kathodestraalbuis gevuld met gas die gloeit wanneer elektronen het raken. De ideale CRT wordt omsloten door Helmholtz-spoelen om een wisselend magnetisch veld toe te passen. Bij afwezigheid van Helmholtz-spoelen zou een sterke neodymium magneet voldoende moeten zijn om de elektronenbundel te buigen.

naast een kathodestraalbuis hebt u waarschijnlijk een gevoelige camera nodig om uw publiek de resultaten van dit experiment te laten zien. De bundels van elektronen zijn te zwak voor iets behalve een zeer klein publiek om direct te zien, en zijn ook een uitdaging voor video-apparatuur! Een camera met een nachtmodus, of handmatige controle over gain (of ISO) en sluitertijd zal waarschijnlijk nodig zijn.

als u geen kathodestraalbuis hebt, zullen een oude CRT-TV of computermonitor en een sterke magneet een meer kwalitatieve versie van deze demo geven.

de demonstraties

kathodestraalbuis

1. Dim de lichten en zet de camera aan als u er een gebruikt.
2. verhoog de energie van de elektronenbundel tot het gas in de bol duidelijk gloeit.
3. als uw CRT geen Helmholtz-spoelen heeft, zwaai dan gewoon met de neodymium magneet in de buurt van de CRT om de buiging van de bundel te laten zien. Het kan nodig zijn om dit vrij langzaam te doen als de camera is ingesteld op een lage framesnelheid om de gevoeligheid voor weinig licht te verhogen.
4. als uw CRT Helmholtz-spoelen heeft, zet dan de stroom erin omhoog totdat de bundel buigt.
5. nadat de baan van de bundel is gekromd, wordt de energie verder opgevoerd en wordt aangetoond dat de kromming afneemt met toenemende elektronenenergie.
6. breng een hoger magnetisch veld aan om aan te tonen dat de kromming opnieuw kan worden verhoogd door de sterkte van het magnetisch veld te verhogen.

CRT TV/monitor + magnet

1. krijg een afbeelding op het televisie-of computerscherm. Als het een computerscherm gewoon aansluiten op een laptop zou moeten werken. Voor een TV hebben veel camcorders en digitale foto ’s een s-video -, component-of composietaansluiting; oudere camcorders kunnen deze rechtstreeks hebben, maar nieuwere camcorders of digitale camera’ s kunnen een op maat gemaakte kabel hebben die wordt aangesloten op een mini-USB-of soortgelijke aansluiting op de camera en wordt verzonden naar meerdere soorten connector voor plaatsing in de TV. Een relatief stilstaand, helder beeld of video maakt het effect dat we gaan waarnemen gemakkelijker te onderscheiden.
2. plaats de sterke magneet dicht bij het TV-scherm. Het beeld zal vervormen, en vegen sporen van kleur zal verschijnen.
3. als de vervorming en kleuren blijven bestaan nadat de magneet van de TV is verwijderd, moet de TV worden gedwongen om degauss uit te schakelen, wat het probleem zal oplossen—dit wordt aangegeven door de kenmerkende klank die vaak gepaard gaat met het aanzetten van een CRT. Soms, vaak na herhaald fietsen, zal de TV niet aan degauss. In dit geval, zet het uit, laat het voor een korte periode, en zet het weer aan.

Hoe werkt

de sleutel hier is dat magnetische velden het pad van een bewegend geladen deeltje zullen buigen, en we kunnen maken gebruik van dit effect om een straal te besturen. Cruciaal voor de versnelling! Recept, Je hebt een groter magnetisch veld nodig om een sneller bewegend deeltje te buigen.

in de kathodestraalbuis worden elektronen uit de kathode uitgestoten en via een spanning versneld, met een snelheid van ongeveer 600 km/s per volt. Sommige van deze snel bewegende elektronen crashen in het gas in de buis, waardoor het gloeit, waardoor we het pad van de straal kunnen zien. Helmholtz spoelen kunnen dan worden gebruikt om een kwantificeerbaar magnetisch veld toe te passen door een bekende stroom door hen.

een schematische weergave van een CRT TV in doorsnede.
Download deze afbeelding ”

een magnetisch veld zal een kracht veroorzaken om in te werken op de elektronen die loodrecht staat op zowel hun rijrichting als het magnetische veld. Dit zorgt ervoor dat een geladen deeltje in een magnetisch veld een cirkelvormig pad volgt. Hoe sneller de beweging van het deeltje, hoe groter de cirkel getraceerd voor een bepaald veld of, omgekeerd, hoe groter het veld dat nodig is voor een bepaalde kromtestraal van de bundel. Het maken van dit kwantitatieve punt is onmogelijk zonder controle over zowel deeltjesenergie als magnetisch veld, dus dit moet worden vermeld als uw demo niet beide heeft.

bij de CRT TV worden de elektronen vervormd doordat de magneet in de buurt van het scherm wordt gebracht. Het beeld op het scherm is afhankelijk van de elektronen die precies fosforen raken op de achterkant van het scherm, die verschillende kleuren licht uitstralen wanneer ze worden beïnvloed. De elektronen worden dus gedwongen op de verkeerde plaats te landen, waardoor het beeld en de psychedelische kleuren vervormen.