A katódsugárzás



Helyezzünk erősen légritkított térbe két elektródát, s kapcsoljunk rájuk áramforrást! Nagyon kis gáznyomás esetén a katód egy láthatatlan sugárzást bocsát ki, amely abból vehető észre, hogy a katóddal szemben, ahol a sugárzás az üvegburát éri, fényjelenség jön létre, amennyiben az üveg belső felületét fluoreszcens anyaggal vonták be. Ez a sugárzás a katódsugárzrás.

A katódsugárzást J. J. Thomson (1856-1940) vizsgálta először. 1897-ben végzett kísérleteiben elektromos és mágneses terek segítségével a katódsugárzásban megjelenő részecske eltérülését vizsgálta, s ennek segítségével meghatározta annak fajlagos töltését. Az elemi töltés ismeretében kiszámítható volt a részecske tömege is, ezért ezt az időpontot tekintjük az elektron felfedezésének.
 

Thomson által elvégzett mérés egyszerűsített változata a következő:

A katódsugárcsőben izzókatódot alkalmazunk, a katód és az anód közé ismert gyorsítófeszültséget kapcsolunk. Az anód nyílásán keskeny nyalábban áthaladó, közel egyforma sebességű elektronok ismert erősségű homogén mágneses térben ugyanazon a körpályán mozognak, amelynek sugara meghatározható.
A levezetés a következő.
A körmozgásra vonatkozóan a centripetális erőt a mágneses Lorentz-erő szolgáltatja:

 ,                           innen                            

ahol m az elektron tömege, v a sebessége, q a töltése, R a körpálya sugara, B a mágneses indukció.
A gyorsítási munka megadja az elektron mozgási energiáját (feltéve, hogy a gyorsítási feszültség néhány százezer V alatt marad, s így az elektron sebessége nem közelíti meg a fénysebességet):
Helyettesítsük ebbe a sebesség kifejezését:
 
Így a fajlagos töltésre adódik:
Az elemi töltés ismeretében az elektron tömege:
Ezzel tehát az elektron polgárjogot nyert, mint az "oszthatatlannak" hitt atom egyik alkotórésze.