הגדרה והיסטוריה של קתודה ריי

קרן קתודה היא קרן אלקטרונים בצינור ואקום הנוסעת מהאלקטרודה הטעונה שלילית (קתודה) בקצה אחד אל האלקטרודה הטעינה חיובית (אנודה) באחר, לרוחב א מתח הבדל בין האלקטרודות. הם נקראים גם קורות אלקטרונים.

האלקטרודה בקצה השלילי נקראת קתודה. האלקטרודה בקצה החיובי נקראת אנודה. מאחר ואלקטרונים מודחים על ידי המטען השלילי, הקתודה נתפסת כ"מקור "של קרן הקתודה בתא הוואקום. אלקטרונים נמשכים לאנודה ונוסעים בקווים ישרים על פני החלל שבין שתי האלקטרודות.

קרני הקתודה אינן נראות, אך השפעתן היא לרגש אטומים בכוס שממול לקתודה, על ידי האנודה. הם נוסעים במהירות גבוהה כאשר מתח מופעל על האלקטרודות וחלקם עוקפים את האנודה כדי להכות את הזכוכית. זה גורם לאטומים בכוס להיות מוגבהים לרמה אנרגטית גבוהה יותר, ומייצרים זוהר ניאון. ניתן לשפר את פלואורסצנט זה על ידי החלת כימיקלים ניאון על הקיר האחורי של הצינור. חפץ שמונח בצינור יטיל צל ומראה שהאלקטרונים זורמים בקו ישר, קרן.

קרני קתודה ניתנות להסמה על ידי שדה חשמלי, מה שמעיד שהוא מורכב מחלקיקי אלקטרונים ולא פוטונים. קרני האלקטרונים יכולות לעבור גם ברדיד מתכת דק. עם זאת, קרני הקתודה מציגות גם מאפיינים דמויי-גל בניסויים סריג גבישיים.

חוט בין האנודה לקתודה יכול להחזיר את האלקטרונים לקתודה, ולהשלים מעגל חשמלי.

צינורות קרני קתודה היו הבסיס לשידורי הרדיו והטלוויזיה. מכשירי טלוויזיה ומסכי מחשב לפני הופעת הבכורה של מסכי פלזמה, LCD ו- OLED היו צינורות קרני קתודה (CRT).

עם המצאת משאבת הוואקום בשנת 1650, מדענים הצליחו לחקור את ההשפעות של חומרים שונים בשואבי אבק, ועד מהרה הם למדו חשמל בוואקום. נרשם כבר בשנת 1705 כי בחללי ריקים (או בסמוך לחלפים חופשיים) פריקות חשמל יכולות לנסוע מרחק גדול יותר. תופעות כאלה הפכו פופולריות כחידושים ואפילו פיזיקאים נחשבים כמו מייקל פאראדיי חקר את ההשפעות שלהם. יוהן היטורף גילה קרני קתודה בשנת 1869 באמצעות צינור קרוקס ובצללים מציינים את הקיר הזוהר של הצינור שממול לקתודה.

בשנת 1897 ג'. י. תומסון גילה שמסת החלקיקים בקרני הקתודה הייתה קטנה פי 1800 ממימן, היסוד הקל ביותר. זו הייתה התגלית הראשונה של חלקיקים תת-אטומיים, שהגיעו לכינוי אלקטרונים. הוא קיבל את 1906 פרס נובל בפיזיקה לעבודה זו.

בשלהי 1800, פיזיקאי פיליפ פון לנרד בחן את קרני הקתודה באופן אינטנסיבי ועבודתו עימם זיכתה אותו בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1905.

היישום המסחרי הפופולרי ביותר של טכנולוגיית קרני הקתודה הוא בצורה המסורתית מכשירי טלוויזיה ומסכי מחשב, אם כי אלה מוחלפים על ידי תצוגות חדשות יותר כמו OLED.