Katodisäde on elektronisäde tyhjöputkessa, joka kulkee negatiivisesti varautuneesta elektrodista (katodi) toisessa päässä positiivisesti varautuneeseen elektrodiin (anodi) toisella, a Jännite elektrodien välinen ero. Niitä kutsutaan myös elektronisäteiksi.
Kuinka katodisäteet toimivat
Negatiivisessa päässä olevaa elektrodia kutsutaan katodi. Positiivisessa päässä olevaa elektrodia kutsutaan anodiksi. Koska negatiiviset varaukset hylkivät elektronit, katodia pidetään katodisäteen "lähteenä" tyhjiökammiossa. Elektronit vetoavat anodiin ja kulkevat suorassa linjassa kahden elektrodin välisen tilan läpi.
Katodisäteet ovat näkymättömiä, mutta niiden vaikutuksena on, että anodit virittävät atomit katodia vastapäätä olevassa lasissa. Ne kulkevat suurella nopeudella, kun jännite kohdistetaan elektrodeihin, ja jotkut ohittavat anodin osuakseen lasiin. Tämä saa aikaan lasin atomien kohottamisen korkeammalle energiatasolle tuottaen fluoresoivan hehkua. Tätä fluoresenssia voidaan parantaa levittämällä fluoresoivia kemikaaleja putken takaseinään. Putkeen sijoitettu esine heittää varjon osoittaen, että elektronit virtaavat suorassa linjassa, säteenä.
Katodisäteet voidaan ohjata sähkökentällä, mikä on osoitus siitä, että se koostuu elektronihiukkasista kuin fotoneista. Elektronien säteet voivat myös kulkea ohut metallikalvon läpi. Katodisäteillä on kuitenkin myös aaltomaisia ominaisuuksia kidehilakokeissa.
Anodin ja katodin välinen johdin voi palauttaa elektronit katodiin suorittaen sähköisen piirin.
Katodisädeputket olivat radio- ja televisiolähetysten perusta. Televisiot ja tietokoneiden näytöt ennen plasma-, LCD- ja OLED-näyttöjen debyyttiä olivat katodisädeputkia (CRT).
Katodisäteiden historia
Tyhjiöpumpun keksinnöllä 1650 tutkijat pystyivät tutkimaan eri materiaalien vaikutuksia tyhjiössä, ja pian he tutkivat sähkö tyhjiössä. Jo vuonna 1705 rekisteröitiin, että tyhjiössä (tai lähellä tyhjiötä) sähköpurkaukset voisivat kulkea pidemmän matkan. Tällaisista ilmiöistä tuli suosittuja uutuuksia, ja jopa arvostetut fyysikot, kuten Michael Faraday tutkinut niiden vaikutuksia. Johann Hittorf löysi katodisäteet vuonna 1869 käyttämällä Crookes-putkea ja huomaamalla varjot, jotka heitettiin katodia vastapäätä olevan putken hehkuvaan seinämään.
Vuonna 1897 J. J. Thomson havaitsi, että hiukkasten massa katodisäteissä oli 1800 kertaa kevyempi kuin vety, kevyin elementti. Tämä oli ensimmäinen alaatomisten hiukkasten löytö, joita kutsuttiin elektroniksi. Hän sai vuonna 1906 Nobel palkinto fysiikassa tätä työtä varten.
1800-luvun lopulla fyysikko Phillip von Lenard tutki katodisäteitä tarkkaan ja työ heidän kanssaan ansaitsi hänelle vuoden 1905 fysiikan Nobel-palkinnon.
Katodisädetekniikan suosituin kaupallinen sovellus on perinteisen muodossa televisiovastaanottimet ja tietokoneiden näytöt, vaikka niitä korvaavat uudemmat näytöt, kuten OLED.