katódové lúče

katódové lúče — historický názov prúdu elektrónov emitovaných z katódy vákuovej trubice. Ich objav a následný experimentálny výskum viedol k objaveniu elementárnej častice elektrónu i röntgenových lúčov (1895). Katódové lúče prvýkrát pozoroval 1859 J. Plücker pri skúmaní elektrických výbojov v zriedených plynoch. Keď na elektródy trubice (katódu a anódu) s takmer úplne vyčerpaným vzduchom (Geisslerova trubica) pripojil elektrické napätie, na sklenej stene oproti katóde sa objavilo zelené svetielkovanie. Zistil, že miesto svetielkovania nezávisí od polohy anódy, ale jeho lokalizácia sa dá meniť, ak sa k trubici v blízkosti katódy priloží magnet. Dospel k názoru, že katóda v Geisslerovej trubici vyžaruje lúče, ktoré sa odrážajú od skla a prechádzajú k anóde (svetielkovanie bolo v skutočnosti prejavom fluorescencie atómov stien trubice vyvolanej dopadajúcimi elektrónmi).

R. 1869 J. W. Hittorf umiestnil medzi katódu a stenu trubice tuhé platne, pričom z existencie ich tieňa usúdil, že lúče sa šíria priamočiaro. R. 1876 E. Goldstein zaviedol termín katódové lúče. Pri pokusoch s nimi zistil, že vlastnosti lúčov nezávisia od materiálu katódy, z ktorej vystupujú kolmo, a v mieste dopadu môžu vyvolať chemické reakcie. Spolu s H. Hertzom 1883 vyslovil presvedčenie, že katódové lúče predstavujú elektromagnetické žiarenie. W. Crookes sa domnieval, že katódové lúče sú prúdom molekúl plynu, ktoré pri nárazoch na katódu získali záporný elektrický náboj a v dôsledku elektrostatického odpudzovania od nej odlietajú veľkou rýchlosťou. Jeho teóriu vyvrátil P. E. A. Lenard, ktorý nadviazal na práce H. Hertza z 1891 dokazujúce, že lúče prechádzajú cez tenkú zlatú fóliu, keď zistil, že lúče prechádzajú aj cez tenkú hliníkovú fóliu (Lenardovo okienko), kým molekuly vodíka ňou neprechádzajú.

R. 1890 britský fyzik nemeckého pôvodu Alfred Schuster (*1851, †1934) určil pomer elektrického náboja a hmotnosti častíc zväzku. Nameraný pomer však bol 1 000-krát väčší, než sa očakávalo, preto tento výsledok nevzbudil pozornosť vedcov (v skutočnosti je pomer 1 835-krát väčší). R. 1891 G. J. Stoney zaviedol termín elektrón (atóm elektriny) nie pre časticu, ale pre jej jednotkový elektrický náboj (1874 vyslovil predpoklad o diskrétnosti elektrického náboja a odhadol veľkosť najmenšieho elektrického náboja). R. 1897 J. J. Thomson urobil prvé dve merania, z ktorých určil pomer náboja a hmotnosti častíc katódových lúčov a vyslovil hypotézu, že nosiče nábojov sú menšie než vodíkové atómy, teda predstavujú subatomárnu časticu; jej veľkosť 1897 nie celkom presne zmeral J. S. E. Townsend (ďalšie, presnejšie merania vykonal 1899 a 1901 J. J. Thomson a 1903 Ch. T. R. Wilson). Až 1902 lord Kelvin stotožnil Thomsonovu subatomárnu časticu so Stoneyho elementárnym elektrickým nábojom, čím bol identifikovaný elektrón ako častica.

Na výskum katódových lúčov sa pôvodne používali trubice s chladnou katódou, pri ktorých boli elektróny emitované z katódy dopadajúcimi iónmi zvyšku vzduchu urýchľovanými vysokým elektrickým napätím v trubici. Neskôr sa na emisiu elektrónov začali využívať žeravené katódy. Katódové trubice generujúce sústredené zväzky elektrónov vychyľované magnetickým alebo elektrickým poľom našli použitie v obrazovkách osciloskopov a klasických televíznych prijímačov.