陰極線被發(fā)現(xiàn)的歷史

之所以稱陰極射線，是因?yàn)樗鼈兪怯烧婵展苤械呢?fù)電極或陰極發(fā)出的。為了將電子釋放到管中，首先將它們與陰極原子分離。在早期的冷陰極真空管（稱為Crookes管）中，這是通過在陽極和陰極之間使用數(shù)千伏的高電勢將管中的殘留氣體原子電離來完成的。

正離子通過電場向陰極加速，當(dāng)它們與陰極碰撞時(shí)，將電子從其表面擊落。這些是陰極射線?，F(xiàn)代真空管使用熱電子發(fā)射，其中陰極由細(xì)絲制成，該細(xì)絲被流過陰極的單獨(dú)電流加熱。燈絲增加的隨機(jī)熱運(yùn)動將電子從燈絲表面擊落，進(jìn)入電子管的真空空間。由于電子帶有負(fù)電荷，因此它們會被負(fù)極排斥，并被吸引到正極。它們以直線穿過空管。在電極之間施加的電壓將這些低質(zhì)量的粒子加速到高速。

陰極射線是不可見的，但是當(dāng)它們撞擊玻璃管的玻璃壁時(shí)，首先在早期的真空管中檢測到它們的存在，激發(fā)玻璃中的原子并使其發(fā)光，這種發(fā)光稱為熒光。研究人員注意到，放置在陰極前管中的物體可能會在發(fā)光壁上投射出陰影，并意識到某些物體從陰極沿直線傳播。電子到達(dá)陽極后，它們穿過陽極導(dǎo)線到達(dá)電源并回到陰極，因此陰極射線將電流通過管子。通過真空管的陰極射線束中的電流可以通過使其流過陰極和陽極之間的金屬絲網(wǎng)（柵極）來控制，該金屬絲網(wǎng)上施加了很小的負(fù)電壓。導(dǎo)線的電場會使一些電子偏轉(zhuǎn)，從而阻止它們到達(dá)陽極。流向陽極的電流量取決于電網(wǎng)上的電壓。

因此，可以使柵極上的小電壓控制陽極上的大得多的電壓。這是真空管中用于放大電信號的原理。1907年至1914年間開發(fā)的三極管真空管是可以放大的電子設(shè)備，至今仍在某些應(yīng)用中使用，例如無線電發(fā)射機(jī)。陰極射線的高速束也可以通過由施加電壓的管中的附加金屬板產(chǎn)生的電場或由電線線圈（電磁體）產(chǎn)生的磁場來控制和操縱。這些用于電視，計(jì)算機(jī)顯示器和電子顯微鏡中的陰極射線管。在1654年奧托?馮?居里克（OttovonGuericke）發(fā)明真空泵之后，物理學(xué)家開始嘗試通過稀薄的空氣傳遞高壓電能。在1705年，人們注意到靜電發(fā)生器火花通過低壓空氣傳播的距離比通過大氣壓空氣傳播的距離更長。到1870年代，英國物理學(xué)家威廉·克魯克斯（WilliamCrookes）和其他人已經(jīng)能夠?qū)⒃嚬艹榭盏礁偷膲毫?，低?0-6atm。這些被稱為克魯克斯管。法拉第是在陰極前面發(fā)現(xiàn)暗區(qū)的地方，那里沒有發(fā)光。這就是所謂的“陰極暗室”，“法拉第暗室”或“克魯克斯暗室”。

克魯克斯發(fā)現(xiàn)，隨著他從管中抽出更多的空氣，法拉第暗室從陰極向陽極向下擴(kuò)散，直到管黑為止。但是在燈管的陽極（正）端，燈管本身的玻璃開始發(fā)光。發(fā)生的事情是，隨著從管中抽出更多的空氣，當(dāng)正離子撞擊電子時(shí)，電子會從陰極中撞出，平均而言，在撞擊氣體原子之前，它們可能傳播得更遠(yuǎn)。到管子變黑時(shí)，大多數(shù)電子可以從管子的陰極到陽極末端成直線傳播而不會發(fā)生碰撞。電極之間的電壓可將這些低質(zhì)量的粒子無障礙地加速至高速。

這些是陰極射線。當(dāng)它們到達(dá)燈管的陽極端時(shí)，它們的行進(jìn)速度如此之快，以至于盡管它們被吸引，但它們還是經(jīng)常飛過陽極并撞到燈管的后壁。當(dāng)他們撞擊玻璃壁上的原子時(shí)，它們將軌道電子激發(fā)到更高的能級。

當(dāng)電子返回其原始能級時(shí)，它們以光的形式釋放出能量，從而使玻璃發(fā)出熒光，通常發(fā)出綠色或藍(lán)色。后來，研究人員在后壁內(nèi)側(cè)涂了熒光化學(xué)物質(zhì)（例如硫化鋅），以使光輝更加可見。陰極射線本身是不可見的，但是這種偶然的熒光使研究人員注意到陰極前面的管中的物體（例如陽極）在發(fā)光的后壁上投射了銳利的陰影。1869年，德國物理學(xué)家約翰·希托夫（JohannHittorf）意識到，某些東西從陰極沿直線傳播才能投射陰影。歐根·戈德斯坦（EugenGoldstein）將其命名為陰極射線。