Kathodenstrahlen

Kathodenstrahlen werden in einer Kathodenstrahlröhre erzeugt, indem eine Hochspannungsquelle mit ihrem Minuspol an die Kathode und mit ihrem Pluspol an die Anode angeschlossen wird. Aus der Kathode treten dann Elektronen aus, die man in diesem Zusammenhang als Kathodenstrahlen bezeichnete.

Geschichte

Die Untersuchungen wurden stimuliert durch die Suche nach den kleinsten Teilchen der Elektrizität, wie sie nach den Faraday-Gesetzen existieren sollten. Man untersuchte deshalb elektrische Vorgänge in verdünnten Gasen und fand dabei Leuchterscheinungen. Julius Plücker (1801 - 1868 verwendete Gasentladungsröhren, in denen Kathoden erhitzt wurden. Er und sein Schüler Johann Hittorf (1824 - 1914) stellten fest, daß

1. sich aus den Kathoden eine Art elektrischer Strahlung geradlinig ausbreitete,
2. dazwischen gestellte gegenstände einen Schatten werfen,
3. sich die Strahlung durch ein Magnetfeld ablenken ließ.

William Crookes (1832 - 1919) stellte 1879 fest, daß in hoch evakuierten Röhren keine Leuchterscheinungen mehr zu erkennen waren, die der Kathode gegenüberliegende Wand jedoch in einem grünlichen Licht erscheint. Außerdem erkannte er, daß sie feste Körper erwärmen und einen Druck ausüben. Dies führte zur Erkenntnis, daß Kathodenstrahlen offenbar aus Teilchen (Korpuskeln) bestehen.

Erstmals wurden Kathodenstrahlen systematisch von Philipp Lenard (1862 - 1947) in den 90er Jahren des 19. Jahrhunderts untersucht. Er baute hierfür das so genannte Lenard-Fenster, das aus einem Gitter mit einer aufgebrachten Metallfolie bestand. Er erkannte, dass die Kathodenstrahlen eine Folie mit mehreren Tausen Atomschichten durchqueren konnte. Lenard erkannte ebenfalls, daß Kathodenstrahlen photographische Platten belichteten und bei geeigneten Stoffen Phosphoreszenz hervorrufen.

Streugesetz

Er fand das Streugesetz

N(x) = N0 exp(-α x)

mit N₀ Zahl der Elektronen vor der Folie, α Absorptionskoeffizient, x Foliendicke

Es gab vielerlei Versuche, die Masse der Teilchen zu bestimmen, aus den die Kathodenstrahlen bestanden. Doch gelang dies erst Joseph John Thomson (1856 - 1940). Thomson setzte ein stark verbessertes Vakuum ein und konnte das Verhältnis der Ladung zur Masse durch elektrostatische Ablenkung der Kathodenstrahlen bestimmen.

Technische Anwendung

Die erste nennenswerte technische Anwendung der Kathodenstrahlen bestand in der Braunschen Röhre, die von Karl Ferdinand Braun (1850 - 1918) entwickelt worden ist. Der Kathodenstrahl wird auf einem fluoreszierenden Schirm sichtbar gemacht (Kathodenstrahloszillograph)). Dieser Apparat bildet den Vorläufer der Fernsehröhre.