A katódsugár egy elektronnyaláb egy vákuumcsőben, amely a negatív töltésű elektródtól (katód) az egyik végén a pozitív töltésű elektródáig (anód) a másik oldalon, az a feszültség az elektródák közötti különbség. Elektronsugárnak is hívják.
Hogyan működik a katódsugár?
A negatív végű elektródot katódnak nevezzük. A pozitív végű elektródot anódnak nevezzük. Mivel az elektronokat a negatív töltés taszítja, a katódot a vákuumkamrában lévő katódsugár "forrásának" tekintik. Az elektronok vonzódnak az anódhoz, és egyenes vonalban haladnak a két elektróda közötti térben.
A katód sugarai láthatatlanok, ám az atomok az anód által a katóddal szemben lévő üvegben gerjesztik az atomokat. Nagy sebességgel haladnak, amikor feszültséget alkalmaznak az elektródákra, és egyesek megkerülik az anódot, hogy megütik az üveget. Ez azt eredményezi, hogy az üvegben lévő atomok magasabb energiaszintre emelkednek, fluoreszkáló fényt produkálva. Ezt a fluoreszcenciát javíthatjuk úgy, hogy fluoreszcens vegyszereket alkalmazunk a cső hátsó falára. A csőbe helyezett tárgy árnyékot vet, jelezve, hogy az elektronok egyenes vonalban, sugaren keresztül folynak.
A katód sugarai eltéríthetők egy elektromos mezővel, ami bizonyíték arra, hogy elektronokból, nem pedig fotonokból áll. Az elektron sugarai áthaladhatnak egy vékony fémfólián is. A katód sugarak ugyanakkor hullámszerű tulajdonságokat mutatnak a kristályrácsos kísérletekben is.
Az anód és a katód közötti vezeték visszajuttathatja az elektronokat a katódhoz, megfejtve egy elektromos áramkört.
A katódsugárcsövek képezték a rádió- és televíziós műsorszórás alapját. A televíziókészülékek és a számítógép-monitorok a plazma-, LCD- és OLED-képernyők bemutatása előtt katódsugárcsöveknek (CRT) voltak.
A katódsugár története
A vákuumszivattyú 1650-es találmányával a tudósok képesek voltak megvizsgálni a különféle anyagok hatásait vákuumban, és hamarosan tanulmányozták elektromosság vákuumban. Már 1705-ben feljegyezték, hogy vákuumban (vagy vákuum közelében) az elektromos kisülések nagyobb távolságot tehetnek meg. Az ilyen jelenségek újításként népszerűvé váltak, sőt olyan tisztelt fizikusok is, mint például Michael Faraday tanulmányozta ezek hatásait. Johann Hittorf 1869-ben felfedezte a katódsugarakat egy Crookes cső segítségével, és megfigyelt árnyékot, amely a cső izzó falára öntött a katóddal szemben.
1897-ben J. J. Thomson felfedezte, hogy a katód-sugarakban lévő részecskék tömege 1800-szor könnyű, mint a hidrogénnél, a legkönnyebb elemnél. Ez volt a szubatomi részecskék első felfedezése, melyeket elektronnak hívtak. Megkapta az 1906-ot Nóbel díj a fizikában erre a munkára.
Az 1800-as évek végén Phillip von Lenard fizikus szándékosan tanulmányozta a katód sugarait, és velük végzett munkája az 1905-ös fizika Nobel-díjat kapta.
A katódsugár-technológia legnépszerűbb kereskedelmi alkalmazása a tradicionális televíziók és számítógépes monitorok, bár ezeket újabb kijelzők, például a OLED.