katodstrålerör

katodstråleröret var en vetenskaplig nyfikenhet upptäcktes i slutet av 19-talet, och en stöttepelare i display-teknik i slutet av 20th. Vi vet nu att de mystiska katodstrålarna faktiskt är elektroner—och vi kan använda magneter för att böja sin väg.

apparat

detta experiment kräver uppenbarligen ett katodstrålerör fyllt med gas som lyser när elektroner träffar det. Den ideala CRT är innesluten av Helmholtz-spolar för att tillåta att ett varierande magnetfält appliceras. I avsaknad av Helmholtz-spolar bör en stark neodymmagnet räcka för att böja elektronstrålen.

förutom ett katodstrålerör behöver du förmodligen en känslig kamera för att visa din publik resultaten av detta experiment. Strålarna av elektroner är för svaga för allt utom en mycket liten publik att se direkt, och är något av en utmaning för videoutrustning också! En kamera med nattläge eller manuell kontroll över gain (eller ISO) och slutartid kommer troligen att vara nödvändig.

Om du inte har ett katodstrålerör, kommer en gammal CRT-TV eller datorskärm och en stark magnet att ge en mer kvalitativ version av denna demo.

demonstrationerna

katodstrålerör

1. dämpa lamporna och slå på kameran om du använder en.
2. skruva upp elektronstrålens energi tills gasen inuti jordklotet lyser tydligt.
3. Om din CRT inte har Helmholtz-spolar, vinkar du helt enkelt neodymmagnet nära CRT för att visa strålböjningen. Du kan behöva göra detta ganska långsamt om kameran är inställd på en låg bildhastighet för att öka dess låga ljuskänslighet.
4. Om din CRT har Helmholtz-spolar, vrid upp strömmen i dem tills strålen böjer sig.
5. efter att ha böjt strålens väg, vrid upp energin ytterligare och visa att krökningen minskar med ökande elektronenergi.
6. applicera ett högre magnetfält för att visa att krökningen igen kan ökas genom att öka magnetfältstyrkan.

CRT TV/monitor + magnet

1. hämta en bild på TV-eller datorskärmen. Om det är en datorskärm helt enkelt ansluta den till en bärbar dator bör fungera. För en TV, många videokameror och digitala stillbilder kameror kommer att ha en S-video, komponent eller komposit anslutning; äldre videokameror kan ha dessa direkt, men nyare videokameror eller digitalkameror kan ha en skräddarsydd kabel som ansluts till en mini-USB eller liknande uttag på kameran och matas ut till flera typer av kontakt för insättning i TV: n. En relativt stilla, ljus bild eller video gör effekten vi håller på att observera lättare att skilja.
2. sätt den starka magneten nära TV-skärmen. Bilden kommer att varpa, och svepande spår av färg kommer att visas.
3. Om förvrängningen och färgerna kvarstår efter att magneten tagits bort från TV: n, bör tv: n stängas av och slås på igen, vilket kommer att lösa problemet—detta indikeras av den distinkta clunk som ofta följer med en CRT som slås på. Ibland, ofta efter upprepad cykling, kommer TV: n att misslyckas med att degauss. Stäng i så fall av det, lämna det under en kort period och sätt på det igen.

hur det fungerar

nyckeln här är att magnetfält böjer vägen för en rörlig laddad magneter:
partikel, och vi kan använda denna effekt för att styra en stråle. Avgörande för accelerationen! recept, du behöver ett större magnetfält för att böja en snabbare rörlig partikel.

i katodstråleröret matas elektroner ut från katoden och accelereras genom en spänning och får cirka 600 km/s för varje volt de accelereras genom. Några av dessa snabbrörliga elektroner kraschar in i gasen inuti röret, vilket får den att glöda, vilket gör att vi kan se strålens väg. Helmholtz-spolar kan sedan användas för att applicera ett kvantifierbart magnetfält genom att leda en känd ström genom dem.

en schematisk representation av en CRT-TV i tvärsnitt.
Ladda ner den här bilden ”

ett magnetfält kommer att orsaka en kraft att verka på elektronerna som är vinkelräta mot både deras färdriktning och magnetfältet. Detta får en laddad partikel i ett magnetfält att följa en cirkulär väg. Ju snabbare partikelns rörelse desto större cirkel spåras ut för ett givet fält eller omvänt desto större fält behövs för en given krökningsradie hos strålen. Att göra denna kvantitativa punkt är omöjlig utan kontroll över både partikelenergi och magnetfält, så detta måste anges om din demo inte har båda dessa.

När det gäller CRT-TV: n förvrängs elektronernas vägar genom att magneten förs nära skärmen. Bilden på skärmen är beroende av att elektronerna exakt träffar fosfor på baksidan av skärmen, som avger olika ljusfärger när de påverkas. Elektronerna tvingas således landa på fel plats, vilket orsakar förvrängning av bilden och de psykedeliska färgerna.