ANODISCHE STRAHLEN: ENTDECKUNG, EIGENSCHAFTEN - KÖRPERLICH - 2025

Die anodischen Strahlen oder Kanalstrahlen , auch positiv genannt, sind positive Strahlen, die durch atomare oder molekulare Kationen (positiv geladene Ionen) gebildet werden und in einer Crookes-Röhre auf die negative Elektrode gerichtet sind.

Die anodischen Strahlen entstehen, wenn die Elektronen, die von der Kathode zur Anode gelangen, mit den Atomen des in der Crookes-Röhre eingeschlossenen Gases kollidieren.

Wenn sich die Teilchen desselben Vorzeichens gegenseitig abstoßen, reißen die Elektronen, die zur Anode gehen, die in der Kruste der Gasatome vorhandenen Elektronen ab.

Somit werden die Atome, die positiv geladen geblieben sind - das heißt, sie wurden in positive Ionen (Kationen) umgewandelt - von der Kathode angezogen (negativ geladen).

Entdeckung

Es war der deutsche Physiker Eugen Goldstein, der sie entdeckte und 1886 zum ersten Mal beobachtete.

Später gingen die Arbeiten der Wissenschaftler Wilhelm Wien und Joseph John Thomson an anodischen Strahlen von der Entwicklung der Massenspektrometrie aus.

Eigenschaften

Die Haupteigenschaften anodischer Strahlen sind folgende:

- Sie haben eine positive Ladung, wobei der Wert ihrer Ladung ein ganzzahliges Vielfaches der Ladung des Elektrons ist (1,6 ∙ 10 ^-19 C).

- Sie bewegen sich ohne elektrische Felder und Magnetfelder in einer geraden Linie.

- Sie weichen bei elektrischen und magnetischen Feldern ab und bewegen sich in Richtung der negativen Zone.

- Dünne Metallschichten können eindringen.

- Sie können Gase ionisieren.

- Sowohl die Masse als auch die Ladung der Partikel, aus denen die Anodenstrahlen bestehen, variieren je nach dem in der Röhre eingeschlossenen Gas. Normalerweise ist ihre Masse identisch mit der Masse der Atome oder Moleküle, von denen sie abgeleitet sind.

- Sie können physikalische und chemische Veränderungen verursachen.

Eine kleine Geschichte

Vor der Entdeckung der Anodenstrahlen fand die Entdeckung der Kathodenstrahlen statt, die in den Jahren 1858 und 1859 erfolgte. Die Entdeckung geht auf Julius Plücker zurück, einen deutschen Mathematiker und Physiker.

Später war es der englische Physiker Joseph John Thomson, der das Verhalten, die Eigenschaften und die Auswirkungen von Kathodenstrahlen eingehend untersuchte.

Eugen Goldstein seinerseits, der zuvor andere Untersuchungen mit Kathodenstrahlen durchgeführt hatte, war derjenige, der Anodenstrahlen entdeckte. Die Entdeckung fand 1886 statt und er machte es, als er erkannte, dass Entladungsröhren mit der perforierten Kathode auch Licht am Ende der Kathode emittierten.

Auf diese Weise entdeckte er, dass es neben Kathodenstrahlen noch andere Strahlen gab: Anodenstrahlen; diese bewegten sich in die entgegengesetzte Richtung. Da diese Strahlen durch die Löcher oder Kanäle in der Kathode gingen, beschloss er, sie Kanalstrahlen zu nennen.

Es war jedoch nicht er, sondern Wilhelm Wien, der später umfangreiche Untersuchungen zu Anodenstrahlen durchführte. Wien legte zusammen mit Joseph John Thomson die Grundlage für die Massenspektrometrie.

Eugen Goldsteins Entdeckung von Anodenstrahlen bildete eine grundlegende Säule für die spätere Entwicklung der zeitgenössischen Physik.

Dank der Entdeckung von Anodenstrahlen wurden erstmals Schwärme von Atomen in schneller und geordneter Bewegung verfügbar, deren Anwendung für verschiedene Zweige der Atomphysik sehr fruchtbar war.

Die anodische Strahlenröhre

Bei der Entdeckung von Anodenstrahlen verwendete Goldstein eine Entladungsröhre, bei der die Kathode perforiert war. Der detaillierte Prozess, durch den anodische Strahlen in einer Gasentladungsröhre gebildet werden, ist wie folgt.

Durch Anlegen einer großen Potentialdifferenz von mehreren tausend Volt an die Röhre beschleunigt das erzeugte elektrische Feld die geringe Anzahl von Ionen, die immer in einem Gas vorhanden sind und durch natürliche Prozesse wie Radioaktivität erzeugt werden.

Diese beschleunigten Ionen kollidieren mit den Gasatomen, reißen Elektronen von ihnen ab und erzeugen positivere Ionen. Diese Ionen und Elektronen greifen wiederum wieder mehr Atome an und erzeugen bei einer Kettenreaktion mehr positive Ionen.

Positive Ionen werden von der negativen Kathode angezogen und einige passieren Löcher in der Kathode. Bis sie auf die Kathode treffen, haben sie bereits so schnell beschleunigt, dass sie die Spezies zu höheren Energieniveaus anregen, wenn sie mit anderen Atomen und Molekülen im Gas kollidieren.

Wenn diese Spezies zu ihren ursprünglichen Energieniveaus zurückkehren, setzen die Atome und Moleküle die Energie frei, die sie zuvor gewonnen hatten; Energie wird in Form von Licht abgegeben.

Dieser als Fluoreszenz bezeichnete Lichtproduktionsprozess bewirkt ein Leuchten in dem Bereich, in dem die Ionen aus der Kathode austreten.

Das Proton

Obwohl Goldstein durch seine Experimente mit anodischen Strahlen Protonen erhalten hat, ist die Wahrheit, dass nicht er die Entdeckung des Protons zugeschrieben bekommt, da er es nicht richtig identifizieren konnte.

Das Proton ist das leichteste Teilchen der positiven Teilchen, die in Anodenstrahlröhren erzeugt werden. Das Proton entsteht, wenn das Rohr mit Wasserstoffgas beladen wird. Auf diese Weise werden Protonen erhalten, wenn Wasserstoff ionisiert und sein Elektron verliert.

Das Proton hat eine Masse von 1,67 · 10 & supmin; ² & ^sup4; g, fast die gleiche wie die des Wasserstoffatoms, und die gleiche Ladung, jedoch mit dem entgegengesetzten Vorzeichen wie die des Elektrons; das heißt 1,6 · 10 ^{& supmin} ; ¹ & ^sup9; C.

Massenspektrometer

Die Massenspektrometrie, die aus der Entdeckung anodischer Strahlen entwickelt wurde, ist ein Analyseverfahren, mit dem die chemische Zusammensetzung der Moleküle einer Substanz anhand ihrer Masse untersucht werden kann.

Es ermöglicht sowohl das Erkennen unbekannter Verbindungen, das Zählen bekannter Verbindungen als auch das Kennen der Eigenschaften und der Struktur der Moleküle einer Substanz.

Das Massenspektrometer ist seinerseits ein Gerät, mit dem die Struktur verschiedener chemischer Verbindungen und Isotope sehr genau analysiert werden kann.

Das Massenspektrometer ermöglicht die Trennung von Atomkernen anhand der Beziehung zwischen Masse und Ladung.

Verweise

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