I raggi catodici sono costituiti da un flusso di elettroni che vengono emessi da un catodo a causa del bombardamento dello stesso da parte di ioni positivi, e accelerati da un anodo.
Il fenomeno dei raggi catodici venne scoperto verso la fine dell’ottocento; la spiegazione degli effetti che essi producono è basata sul fatto che quando gli ioni positivi presenti in un gas colpiscono un anodo, essi gli cedono energia, cosicché gli elettroni fuoriescono dal metallo, e vengono convogliati verso l’anodo.
Studi più recenti hanno mostrato che i raggi catodici possono essere osservati in un particolare strumento, chiamato appunto tubo a raggi catodici.
Il tubo è costituito da un involucro di vetro chiuso, all’interno del quale è posto, ad un’estremità, un catodo; all’interno del tubo vi è il vuoto, cosicché gli elettroni siano liberi di muoversi liberamente sotto l’effetto del campo elettrico. All’altra estremità è posto uno schermo costituito da materiale fluorescente che, colpito dal fascio di elettroni, emette fotoni, e quindi si illumina.
Gli elettroni che vengono emessi dal catodo, reso incandescente, vengono accelerati da una serie di griglie a potenziale positivo, per poi passare attraverso un anodo che focalizza il fascio, in modo da renderlo di forma rettilinea. L’intera struttura prende il nome di cannone elettronico.
Gli esperimenti, e le conoscenze odierne, mettono in mostra che gli elettroni vengono emessi dal catodo ad alta temperatura per effetto termoionico, e non solo a causa del bombardamento da parte di ioni positivi.
Il fascio di elettroni che passa attraverso il foro nell’anodo, quindi, viene convogliato verso l’estremità del tubo che presenta lo schermo fluorescente, dove viene visualizzato sotto forma di puntino luminoso.
Come abbiamo visto nel caso del condensatore, il raggio catodico ha direzione rettilinea solo nel caso in cui le forze che agiscono su ogni singolo elettrone si bilancino tra loro, cosicché la risultante di esse sia nulla.
In alcuni dispositivi, però, è necessario creare un fascio di elettroni che sia deviato rispetto all’orizzontale; vediamo alcuni esempi.
I monitor
Nei televisori e nei monitor dei computer di vecchia generazione era sfruttato un tubo a raggi catodici per creare le immagini sullo schermo.
Nel tubo è presente il cannone a elettroni che, nel caso di particolari monitor detti CRT, emette tre fasci di elettroni, uno per ciascun colore primario, ovvero rosse verde e blu.
Nello schermo si trovano tre tipi di fosfori che, quando vengono colpiti dagli elettroni, emettono fotoni, e quindi producono un effetto di luce visibile; ciascuno di essi emette una luce di colore diversa, rossa verde o blu.
Gli elettroni, quindi, devono essere deviati affinché colpiscano tutta la superficie del pannello e, in questo caso, la deviazione è dovuta alla modulazione delle forze magnetiche.
Gli oscilloscopi
Nel caso, invece, di alcuni strumenti come gli oscilloscopi, che servono per monitorare l’andamento di una determinata grandezza fisica in funzione del tempo, il fascio di elettroni viene deviato per mezzo della modulazione di forze elettriche; in particolare, la deviazione del fascio è dovuta alla presenza di un condensatore piano; quando l’elettrone passa attraverso le due armature del condensatore, subisce l’influsso delle linee di campo del condensatore, cosicché la sua traiettoria subisce una deviazione, e assume la forma di un moto parabolico.
In base al valore della differenza di potenziale tra le armature è possibile variare la posizione di fuoriuscita del fascio, così da indirizzare il puntino luminoso del fascio catodico in qualsiasi punto dello schermo.
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