En katodestråle er en elektronstråle i et vakuumrør, der bevæger sig fra den negativt ladede elektrode (katode) i den ene ende til den positivt ladede elektrode (anode) på den anden på tværs af en spænding forskel mellem elektroderne. De kaldes også elektronstråler.
Sådan fungerer katodestråler
Elektroden i den negative ende kaldes en katode. Elektroden i den positive ende kaldes en anode. Da elektroner frastøttes af den negative ladning, ses katoden som "kilden" til katodestrålen i vakuumkammeret. Elektroner tiltrækkes af anoden og bevæger sig i lige linjer over rummet mellem de to elektroder.
Katodestråler er usynlige, men deres virkning er at excitere atomer i glasset modsat af katoden ved anoden. De kører med høj hastighed, når der tilføres spænding til elektroderne, og nogle omgår anoden for at ramme glasset. Dette medfører, at atomer i glasset hæves til et højere energiniveau, hvilket frembringer en lysstofrør. Denne fluorescens kan forbedres ved at påføre fluorescerende kemikalier på rørets bagvæg. Et objekt placeret i røret vil kaste en skygge, der viser, at elektronerne strømmer i en lige linje, en stråle.
Katodestråler kan afbøjes af et elektrisk felt, hvilket er bevis på, at det består af elektronpartikler snarere end fotoner. Stråler af elektron kan også passere gennem tynd metalfolie. Katodestråler udviser imidlertid også bølgelignende karakteristika i krystalgittereksperimenter.
En ledning mellem anoden og katoden kan returnere elektronerne til katoden ved at afslutte et elektrisk kredsløb.
Katodestrålerør var grundlaget for radio- og tv-udsendelser. Fjernsynsapparater og computerskærme inden debut af plasma-, LCD- og OLED-skærme var katodestrålerør (CRT'er).
Historie om katodestråler
Med 1650 opfindelsen af vakuumpumpen var videnskabsmænd i stand til at undersøge virkningerne af forskellige materialer i vakuum, og snart studerede de elektricitet i et vakuum. Det blev registreret allerede i 1705, at i vakuum (eller i nærheden af vakuum) kunne elektriske udladninger rejse en større afstand. Sådanne fænomener blev populære som nyheder og endda hæderlige fysikere som Michael Faraday studerede effekten af dem. Johann Hittorf opdagede katodestråler i 1869 ved hjælp af et Crookes-rør og noterede skygger kastet på den glødende væg i røret modsat katoden.
I 1897 J. J. Thomson opdagede, at massen af partiklerne i katodestråler var 1800 gange lettere end brint, det letteste element. Dette var den første opdagelse af subatomære partikler, der kom til at blive kaldt elektroner. Han modtog 1906 Nobel pris i fysik til dette arbejde.
I slutningen af 1800-tallet studerede fysiker Phillip von Lenard katodestrålene intenst, og hans arbejde med dem gav ham Nobelprisen i fysik fra 1905.
Den mest populære kommercielle anvendelse af katodestråleteknologi er i form af traditionel tv-apparater og computerskærme, skønt disse erstattes af nyere skærme som f.eks OLED.