Un rayon cathodique est un faisceau d'électrons dans un tube à vide se déplaçant de l'électrode chargée négativement (cathode) à une extrémité à l'électrode chargée positivement (anode) à l'autre, sur une Tension différence entre les électrodes. Ils sont également appelés faisceaux d'électrons.
Fonctionnement des rayons cathodiques
L'électrode à l'extrémité négative est appelée cathode. L'électrode à l'extrémité positive est appelée anode. Étant donné que les électrons sont repoussés par la charge négative, la cathode est considérée comme la "source" du rayon cathodique dans la chambre à vide. Les électrons sont attirés par l'anode et voyagent en ligne droite à travers l'espace entre les deux électrodes.
Les rayons cathodiques sont invisibles mais leur effet est d'exciter des atomes dans le verre opposé à la cathode, par l'anode. Ils se déplacent à grande vitesse lorsqu'une tension est appliquée aux électrodes et certains contournent l'anode pour heurter le verre. Cela fait monter les atomes dans le verre à un niveau d'énergie plus élevé, produisant une lueur fluorescente. Cette fluorescence peut être améliorée en appliquant des produits chimiques fluorescents sur la paroi arrière du tube. Un objet placé dans le tube projettera une ombre, montrant que les électrons ruissellent en ligne droite, un rayon.
Les rayons cathodiques peuvent être déviés par un champ électrique, ce qui prouve qu'il est composé de particules électroniques plutôt que de photons. Les rayons d'électrons peuvent également traverser une mince feuille métallique. Cependant, les rayons cathodiques présentent également des caractéristiques ondulatoires dans les expériences de réseau cristallin.
Un fil entre l'anode et la cathode peut renvoyer les électrons vers la cathode, complétant ainsi un circuit électrique.
Les tubes cathodiques sont à la base de la radiodiffusion et de la télévision. Les téléviseurs et les écrans d'ordinateur avant les débuts des écrans plasma, LCD et OLED étaient des tubes cathodiques (CRT).
Histoire des rayons cathodiques
Avec l'invention de la pompe à vide en 1650, les scientifiques ont pu étudier les effets de différents matériaux dans les aspirateurs, et bientôt ils ont étudié électricité dans le vide. Il a été enregistré dès 1705 que dans les aspirateurs (ou près des aspirateurs), les décharges électriques pouvaient parcourir une plus grande distance. Ces phénomènes sont devenus populaires comme nouveautés, et même des physiciens réputés tels que Michael Faraday étudié leurs effets. Johann Hittorf a découvert les rayons cathodiques en 1869 en utilisant un tube de Crookes et en notant les ombres projetées sur la paroi rougeoyante du tube opposé à la cathode.
En 1897 J. J. Thomson a découvert que la masse des particules dans les rayons cathodiques était 1800 fois plus légère que l'hydrogène, l'élément le plus léger. Ce fut la première découverte de particules subatomiques, appelées électrons. Il a reçu le 1906 prix Nobel en physique pour ce travail.
À la fin des années 1800, le physicien Phillip von Lenard a étudié attentivement les rayons cathodiques et son travail avec eux lui a valu le prix Nobel de physique en 1905.
L'application commerciale la plus populaire de la technologie des rayons cathodiques se présente sous la forme de téléviseurs et moniteurs d'ordinateur, bien que ceux-ci soient supplantés par les nouveaux écrans tels que OLED.