تاریخچه:

 اواخر قرن 19 ميلادي، آزمايش هاي زيادي براي نشان دادن ماهيت الكتريكي ماده صورت مي گرفت مثلاً Davy باتجزية مواد مركب  توسط الكتريسيته به اين نتيجه رسيد كه هر مولكول از تعدادي اتم تشكيل شده كه در اثر جاذبه الكترواستاتيكي موجود بين بارهاي الكتريكي غير همنام به هم پيوسته اند ضمناً بارها وقتي پيدا مي شوند كه دو جسم مستعد به هم نزديك گردند. Berzelius اعتقاد داشت كه بارهاي الكتريكي از پيش در اتم ها وجود دارند. Farady رابطه بين مقدار الكترسيته مصرفي و مقدار ماده مركب تجزيه شده را بررسي كرد.بر مبناي كار فاراده، Stoney پيشنهاد كرد كه واحدهاي بار دار الكتريكي با اتم ها ارتباط دارند و آنها را الكترون ناميد. بعدها پرتو كاتدي كشف شد و آزمايش ها نشان داد كه اين پرتو از ذراتي با بار منفي كه حركت سريع دارند تشكيل شده است. اين ذرات همان طوري كه اٍستوني پيشنهاد كرده بود الكترون ناميده شد.

این اشعه را تامسون کشف نکرده است بلکه ویژگی های اشعه کاتدی را کشف کرده است.

 2-آزمايش هاي پرتو كاتدي

  1-2- آزمايش Crookes

 كروكس در دو انتهاي يك لوله شيشه اي مسدود، دو صفحه فلزي كه به آن الكترود مي گويند قرار داد سپس هر صفحه را به يك قطب از يك منبع با ولتاژ بالا وصل نمود. چون هواي داخل لوله شيشه اي با فشار معمولي پُر شده بود به علت تراكم مولكول هاي هوا، قاعدتاً هيچگونه جريان الكتريكي نمي توانست واقع شود.

لكن به محض اينكه پمپ تخليه فشار داخل لوله به 10mmHg كاهش يافت، با كم شدن تراكم مولكول هاي هوا و باز شدن فضاي داخل لوله، جريان الكتريسيته از طرف صفحه كاتد (بارمنفي) به طرف صفحه آند (بارمثبت) بر قرار گرديد و فضاي لوله روشن شد. به اين پرتو كه از كاتد سرچشمه مي گيرد پرتو كاتدي مي گويند. كروكس با نزديك كردن يك آهن ربا به لوله شيشه اي و منحرف شدن اشعه از مسير مستقيم خود نتيجه گرفت كه پرتو كاتدي از ذراتي ساخته شده كه داراي بار الكتريكي هستند.

 2-2- آزمايش تامسون Thamson

 تامسون دوصفحه اي كه هريك به قطبي ازيك منبع باولتاژ پائين وصل شده بود به لوله شيشه اي آزمايش كروكس نزديك كرد و مشاهده نمود كه مسير مستقيم پرتو به طرف صفحه با بار مثبت منحرف مي شود و نتيجه گرفت كه بارالكتريكي ذرات تشكيل دهنده پرتو كاتدي منفي است و همانطوري كه Stoney پيشنهاد كرده بود آن را الكترون ناميد. اگر چه تامسون نمي توانست جرم و اندازه بار الكترون را اندازه بگيرد لكن از طريق ميزان انحراف مسير پرتو كاتدي در يك ميدان مغناطيسي با قدرت مشخص توانست نسبت بار الكتريكي (e) را به جرم الكترون (m) به دست آورد. اين نسبت كه به آنelm مي گويند برابر است:

[علامت منفي نشان دهندة منفي بودن بار الكترون است]. دانستن اين نسبت و قادر نبودن به اندازه گيري جرم الكترون مشابه اين مطلب است كه اگر نتوانيم جرم يك سيب و يا هسته آن را اندازه بگيريم لكن مي توانيم بگوئيم كه جرم سيب مثلا ًهزار برابر هسته آن است. تامسون همچنين نشان داد كه پرتو كاتدي به جنس فلز كاتد بستگي ندارد.

 ميليكان توانست مقدار مطلق بار الكتريكي الكترون را با انجام آزمايش زير به دست آورد: جعبه اي فراهم كرد كه در داخل آن دو جوشن يك خازن قرار داشت. در صفحه بالايي كه داراي بار مثبت بود يك منفذ با دريچه تعبيه نمود. ابتدا به وسيله افشانه روغني را در محفظة بالاي جعبه پاشيد، بعد با تاباندن اشعه X به مولكول هاي هوا، الكترون هاي آنها را جدا كرد. وقتي يك قطره از روغن از منفذ فوق عبور نمود، دريچه آن را بست. ذره روغن تحت تأثير نيروي جاذبه به طرف پائين سقوط كرد ولي چون با جذب الكترون بار منفي به خود گرفت در نتيجه به طرف جوشن مثبت رو به بالا برگشت. ميزان بالا رفتن قطره را توسط عدسي چشمي مدرج مشاهده و اندازه گيري نمود. ميليكان پس از حدود هزار بار آزمايش نتيجه گرفت كه با وجود آنكه بار قطرات مختلف با هم فرق داشت لكن بار الكتريكي هر قطره همواره مضرب صحيحي از عدد كوچك -1.6 . 10-19 كولمب بود. اين مقدار به عنوان بارالكتريكي الكترون انتخاب شد. با توجه به اينكه تامسون مقدار را محاسبه كرده بود ميليكان پس از محاسبه (e) جرم الكترون را نيز به دست آورد كه برابر بود با9.1 . 10-28 گرم.

*** ویژگی های اشعه کاتد***

 آزمایش هایی که بعد از کشف اشعه کاتدی  انجام گرفت،  ویژگی هایی اشعه کاتدی را که طبق همین آزمایش ها نتیجه گیری شد، بیان می کند.

آزمایش ها

 اشعه کاتدی که از کاتد به سمت آند منتشر می‌شود، دارای ویژگیهای زیر است:

 1.اشعه کاتدی به خط مستقیم حرکت می‌کند، و از اجسام جامد عبور نمی‌کند. در شکل سایه تاریکی پشت مانع چهار پردیده می‌شود ولی اطراف آن همچنان درخشنده است. این پدیده می‌رساند که اشعه مستقیم الخطی از کاتد تشعشع یافته و به آن سوی لوله می‌رسد. از برخورد این اشعه با دیواره شیشه‌ای؛ درخشندگی سبز پسته‌ای آشکار می‌گردد، در صورتیکه ناحیه‌ای که پشت مانع و در سایه آن قرار دارد، همچنان تاریک می‌ماند.

 

 3.به طور عمود بر سطح کاتد گسیل می‌شود.

 4.در برخورد با بعضی از اجسام فلوئورسانس ایجاد می‌نمایند.

 5.جریانی از ذرات، با بار الکتریکی منفی هستند.

 6.اشعه کاتدی جرم دارد و حامل انرژی است. همانطور که شکل نشان می‌دهد، انرژی جنبشی اشعه کاتدی سبب چرخش پروانه می‌شود، بدین ترتیب که انرژی این اشعه در برخورد با سطح پره بالایی، به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود و دمای آن را بالا می‌برد. در نتیجه، مولکولهای گاز مجاور گرمتر شده، سرعت می‌گیرند و نیروی عکس‌العمل حاصل از انبساط گاز، چرخ را به حرکت در می‌آورد.

 8.حرکت این پرتوها به معنای عبور جریان الکتریکی است و در نتیجه مسیر آنها در جهت عمود بر جهت میدان مغناطیسی منحرف می‌شود.

 9.اشعه کاتدی در میدان مغناطیسی منحرف می‌شود.

 10.این پرتوها در برخورد با مانع، پرتوهای را ایجاد می‌کنند.

 11.اشعه کاتدی به جنس کاتد و نوع گاز درون لوله بستگی ندارد و با تغییر فلز کاتد و یا نوع گاز ویژگیهای اشعه تغییر نمی‌کند.

 بنابراین با توجه به آزمایشات فوق نتیجه می گیریم:

1- اشعه کاتدی از ذراتی که دارای بار منفی هستند، تشکیل شده است. این ذرات را در سال 1874 الکترین نامیدند که در سال 1891 بعد از آزمایشات فوق این نام بهالکترون تغییریافت.

 2- این اشعه به نوع فلز کاتد یا گاز داخل لوله بشتگی ندارد، بنابراین تمام مواد دارای الکترون هستند.

 بعدها از اشعه کاتدی در ساخت تلویزیون ها و مانیتورها استفاده شد، ساخت این تجهیزات شاید بدون اشعه كاتدی میسر نمی شد. به صفحه نمایش مانیتورها و  تلویزیون هایی که با استفاده از اشعه كاتدی تصویر را ایجاد می نمایند به طور اختصاری CRT گفته می شود كه مخفف  Cathode Ray Tube می باشد. در شكل نحوه عملكرد این نمایشگرها را می بینید.

با توجه به این که آزمایشات فوق نشان دهنده وجود ذره ای کوچکتر از اتم با بار منفی هستند، بنابراین نظریه اتمی دالتون به چالش بزرگی كشانده شده است، اما در علم برای اثبات وجود یک ذره  باید مختصات آن ذره یعنی جرم و مقدار بار آن تعیین گردد.

 کاربردهایاشعه کاتدی

1) کاربرد در ساختمان اسیلوسکوپ

نوسان‌نما یا اسیلوسکوپ (Oscilloscope) دستگاهی الکترونیکی است که امکان مشاهده ولتاژ را فراهم می‌کند. غالباً مقدار ولتاژ به صورت نموداری دوبعدی نمایش داده می‌شود که محور افقی زمان و محور عمودی آن ولتاژ است. از نوسان‌نما عموماً برای نمایش دقیق موج استفاده می‌شود. علاوه بر دامنه، معمولاً نوسان‌نماها قادر به اندازه‌گیری و نمایش دیگر پارامترها مانند عرض پالس، دوره تناوب و زمان بین دو حادثه (مانند وقوع دو پیک) هستند.  با اختراع لامپ اشعه کاتدی و با توجه به وزن بسیار کم پرتوی کاتدی امکان نشان دادن یک متغیر به صورت خطی با زمان فراهم شد و اسیلوسکوپ اولین وسیله ای بود که از این امکان بهره‌مند شد.

اسیلوسکوپ از یک لامپ پرتو کاتدی که قلب دستگاه است و تعدادی مدار برای کار کردن لامپ پرتو کاتدی تشکیل شده‌است. قسمتهای مختلف لامپ پرتو کاتدی عبارتند از:

1-1)         تفنگ الکترونی

تفنگ الکترونی باریکه متمرکزی ازالکترونهارا بوجود می‌آورد که شتاب زیادی کسب کرده‌اند. این باریکه الکترون با انرژی کافی به صفحه فلوئورسان برخورد می‌کند و بر روی آن یک لکه نورانی تولید می‌کند. تفنگ الکترونی از رشته گرمکن، کاتد، شبکه آند پیش شتاب دهنده، آند کانونی کننده و آند شتاب دهنده تشکیل شده‌است. الکترونها از کاتدی که بطور غیر مستقیم گرم می‌شود، گسیل می‌شوند. این الکترونها از روزنه کوچکی در شبکه کنترل می‌گردند. شبکه کنترل معمولاً یک استوانه هم محور با لامپ است و دارای سوراخی است که در مرکز آن قرار دارد. الکترونهای گسیل شده از کاتد که از روزنه می‌گذرند (به دلیل پتانسیل مثبت زیادی که به آندهای پیش شتاب دهنده و شتاب دهنده اعمال می‌شود)، شتاب می‌گیرند. باریکه الکترونی را آند کانونی کننده، کانونی می‌کند.

2-1) صفحات انحراف دهنده

صفحات انحراف دهنده شامل دو دسته صفحه‌است. صفحات انحراف قائم که بطور افقی نصب می‌شوند و یک میدان الکتریکی در صفحه قائم ایجاد می‌کنند و صفحات y نامیده می‌شوند. صفحات انحراف افقی بطور قائم نصب می‌شوند و انحراف افقی ایجاد می‌کنند و صفحات x نامیده می‌شوند. فاصله صفحات به اندازه کافی زیاد است که باریکه بتواند بدون برخورد با آنها عبور کند.

3-1) صفحه فلوئورسان

جنس این پرده که در داخل لامپ پرتو کاتدی قرار دارد، از جنس فسفر است. این ماده دارای این خاصیت است که انرژی جنبشی الکترونهای برخورد کننده را جذب می‌کند و آنها را به صورت یک لکه نورانی ظاهر می‌سازد. قسمتهای دیگر لامپ پرتو کاتدی شامل پوشش شیشه‌ای، پایه که از طریق آن اتصالات برقرار می‌شود، است.

4-1) مولد مبنای زمان

اسیلوسکوپها بیشتر برای اندازه گیری و نمایش کمیت ها ی وابسته به زمان بکار می‌روند. برای این کار لازم است که لکه نورانی لامپ روی پرده با سرعت ثابت از چپ به راست حرکت کند. بدین منظور یک ولتاژ مثبت به صفحات انحراف افقی اعمال می‌شود. مداری که این ولتاژ مثبت را تولید می‌کند، مولد مبنای زمان یا مولد رویش نامیده می‌شود.

این شکل لوله پرتوهای کاتدی داخلی را برای استفاده در یک اسیلوسکوپ نشان می‌دهد. اعداد در شکل: ۱. الکترود ولتاژ انحراف ۲. تفنگ الکترونی ۳. شعاع الکترون ۴. سیم پیچ تمرکز ۵. سطح داخلی فسفرپوش شده صفحه نمایش

2) استفاده در تلویزیون

تلویزیون های  آنا لوگ یکی از وسایلی هستند که مجهز به لامپ پرتوی کاتدی می باشند.دستگاه تلویزیون سیگنالهای الکترونیکی تولید شده به وسیله دوربین های تلویزیونی و میکروفون ها را دریافت و دوباره به صدا و تصویر تبدیل می کند .آنتن تلویزیون سیگنالهای ارسالی از آنتنهای فرستنده رادریافت می کند و سپس آن را با سیم به ورودی آنتن درپشت تلویزیون می رساند . هنگامیکه تلویزیون را روشن می کنید سیگنالهای صوت و تصویر از یکدیگر و از موجهای حامل جدا می شوند. صدا به بلندگوهای تلویزیون انتقال می یابد و سیگنال تصویر به لامپ تصویر وارد می شود که آن را به شکل تصویر در صفحه تلویزیون به نمایش می گذارد.

هنگامیکه سیگنال تصویر از سیگنال صوت جدا می شود به سه سیگنال رنگی جداگانه قرمز, آبی و سبز تقسیم می شود. لامپ تصویر تلویزیون این سیگنال های الکتـریکی را روی صفحه به نور تبدیل می کند . لامپی که در اینجا نشـان داده شده است لامپ ماسک سوراخدار می باشد. انواع دیگری هم هستند اما این نوع پر مصرف تر است.
در پشت لـامپ تصـویر سه تفنگ الکترونی وجود دارد که پـرتوهـای الکترون را به سوی صفحه پرتاب می کنند.الکترونها بخشی از اتمها بـه شمار مـی روند. همـه اتمها هسته ای در مرکز دارند که الکترونهایی به دور آن می چرخند .الکترونها بار الکتریکی حمل می کنند. مقدار الکتریسیته ای که از تفنگ می گذرد به قدرت سیگنال اصلی بستگی دارد.
صفحه نمایش درجلوی لامپ تصویر قرار دارد کـه با ذرات یـا نـوارهای باریکی از فسفر پـوشیده شده است . سه نـوع متفـاوت فسفر بـه کار مـی رود . وقتی اشعه الکترون به آنها برخورد می کند یکی به رنگ قرمز , یکی سبز و دیگری به رنگ آبی می درخشند.

پرتو الکترونی قوی باعث می شود تا فسفر بیشتر بدرخشد و پرتو الکترونی ضعیف درخشش کمتـری ایجاد می کند. پـرتوها در یک زمان خاص هر یک به یکی از سه نقطه یا نوار فسفری مـی تابند واز گـوشه بـالا سمـت چپ صفحـه تلویزیونی شروع کرده و به سمت راست و پایین صفحه حرکت می کنند تا این کار را برروی کل صفحه انجام دهند.
در پشت صفحه تلویزیون صفحه ای فلزی با هزاران سوراخ ریز وجود دارد که ماسک سوراخدار نامیده می شود. برای هر سه نقطه فسفری صفحه یک سـوراخ وجود دارد . ماسک به گونه ای قرار گرفته که هر سه اشعه الکترونی فقط می تواند به فسفر مناسب خود بـرخورد کند. یعنی اشعه قرمز به فسفر قرمز و ...

سیگنال هایی که توسط ایستگاه پخش تلویزیونی انتقال می‌یابند و توسط دستگاه تلویزیون دریافت می‌شوند بسته به روشنایی تصویری که منتقل می‌شود به طور دایم ولتاژ شتاب دهنده الکترون ها را افزایش یا کاهش می‌دهند بنابراین نقاط روی پرده، روشنایی متفاوتی دارند و تصویر انتقال یافته و برای دریافت چشم انسان باز سازی می‌شود.

3) استفاده در  تولید اشعه ایکس

هنگامی که اشعه کاتدی پر انرژی با اتم های عنصر مورد نظر برخورد کند٫ الکترونهای لایه های داخلی اتم را خارج می کند. سپس الکترونهای لایه های خارجی جای خالی این الکترونها را پر کرده و اختلاف انرژی دو لایه را بصورت یک فوتون اشعه ایکس از دست می دهد. قطعات اصلی لامپ اشعه ایکس شامل کاتد برای گسیل الکترونها و آندی در نقش هدف می‌باشند، که هر دو درون لامپ خلا جای گرفته‌اند. کاتد پیچه‌ای رشته‌ای از جنس تنگستن است، این لامپ یک پیچه کانونی جهت جمع کنندگی باریکه الکترونی نیز دارد و در ساختمان آن از پمپ تخلیه نیز استفاده می‌کنند.

توضیحات تکمیلی در مورد اشعه کاتدی

● چگونگی شکل گیری پرتوهای کاتدی

وقتی که مقدار گاز داخل لوله تخلیه الکتریکی کاهش می‌یابد، فضای تاریک کاتد ، بیشتر و ستون مثبت کوتاهتر و روشنایی آن کمتر می‌شود. با کاهش بیشتر فشار تابانی باز هم ضعیفتر می‌شود و شیشه لوله در مجاورت کاتد شروع به تابانی مختصری می‌کند. وقتی که فشار تا ۰.۰۰۱میلیمتر جیوه افت کند، تابانی گاز عملا متوقف می‌شود، درحالی که تمام سطح شیشه لوله ، نور درخشانی (معمولا سبز) گسیل می‌دارد.
اگر هوا باز هم با پمپ تخلیه بیشتر خارج شود، تابانی شیشه سبز ضعیف‌تر می‌شود. با شروع فشار از ۰.۰۰۰۰۱ تا ۰.۰۰۰۱ میلیمتر جیوه این تابانی بکلی محو می‌شود و تخلیه خاتمه می‌پذیرد.

● تابانی سبز شیشه را چگو نه می‌توان توضیح داد؟

اگر به آند لوله تخلیه گاز ، شکل معینی داده شود، تصویر سایه آند بر شیشه ظاهر می‌شود، به ترتیبی که گویی کاتد ، چشمه نور کوچکی است. در نتیجه ، تابانی شیشه ، به دلیل تولید نور از پرتوهای گسیل شده از کاتد است. آنها از صفحه فلزی آند نمی‌گذرند و تصویر سایه آن بر شیشه تشکیل می‌شود. این پرتوها ، پرتوهای کاتدی نامیده شده‌اند.

● ظهور و آشکار سازی پرتوهای کاتدی

پرتوهای کاتدی ، نه فقط شیشه بلکه اجسام دیگر را نیز به تابانی وا می‌دارند. اجسام مختلف نوری ، رنگ‌های مختلف گسیل می‌دارند، مثلا گچ ، تابانی قرمز رنگ و سولفید روی ، نور سبز روشن ایجاد می‌کنند و نظایر آن. این تابانی را ، مثلا با قرار دادن تکه‌هایی از اجسام معدنی مختلف در بین کاتد و آند لامپ تخلیه گازی ، می‌توان مشاهده کرد. بنابرین ، اگر چه پرتوهای کاتدی ، نامرئی‌اند، می‌توان از تابانی اجسامی که با آنها بمباران شده‌اند، وجودشان را به سهولت آشکار کرد.
با پوشش سطح اجسام با اجسامی که بر اثر پرتوهای کاتدی تابان می‌شوند، پرده های لیمان بدست می‌آید ( لیمان Lumines Cent را از کلمه یونانی Lumen به معنی " نور " گرفته‌اند ) که برای مشاهده پرتوهای کاتدی ، مناسب هستند. در چنین صفحه ای ، در امتداد لوله در زاویه کوچکی نسبت به محور آن ، می‌توان امتداد پرتوهای کاتدی را در لوله به آسانی ردیابی کرد. برای سهولت مشاهده ، دریچهای با شکاف دراز ، جلوی پرده قرار می‌دهند. این دریچه ، بخشی از باریکه کاتدی را قطع می‌کند و رد روشن باریکی بر پرده لیمان باقی می‌گذارد.

● جنس پرتوی کاتدی

جنس پرتوهای کاتدی موقعی آشکار می شود که خواص آنها را از طریق آزمایش مطالعه نماییم. نتایج عمده آزمایشات خواص قابل ملاحظه پرتوهای کاتدی را بیان می کنند که آنها را مرور می کنیم.

● بار الکتریکی پرتوهای کاتدی:

پرتوهای کاتدی بار منفی دارند. واضح ترین این دلیل بیان آزمایشی است که در آن یک الکترود سوراخ دار مانند استوانه فارادی را به الکتروسکوپ حساسی متصل می کنند و آنرا در مسیر پرتوهای کاتدی قرار می دهند. پرتوهای کاتدی با وارد شدن به داخل استوانه تمام بار خود را به الکتروسکوب انتقال می دهند. تحلیل علامت بار و نحوه انحراف آن در میدان الکتریکی آشکار می سازد که پرتوهای کاتدی بار الکتریکی منفی دارند.

● نحوه انتشار پرتوهای کاتدی :

پرتوهای کاتدی در خطوط مستقیم و در امتداد عمود بر سطح کاتد منتشر می شوند. بنابراین اگر کاتد به شکل قسمتی از کره باشد، پرتوهای کاتدی در امتداد شعاعهای این کره انتشار می یابد در مرکز آن جمع می شوندکانونی شدن پرتو). اگر پرده ای لیا ن را در این ناحیه قرار دهیم، لکه روشنی بر آن مشاهده خواهد شد مکان این لکه از شکل و محل آند لامپ کاملا مستقل است.
بنابراین امتداد انتشار پرتوهای کاتدی به مکان آند بستگی ندارد. بهتر است بدانید که کاتد تخت باریکه ای از پرتوهای موازی ایجاد می کند در صورتی که کاتد کروی (کاو) پرتوهای کاتدی را "کانونی می کنند". این ویژگی پرتوهای کاتدی با نوع میدان الکتریکی در لامپ تخلیه گازی توضیح داده می شود. وجود افت کاتدی مبین این است که میدان الکتریکی در مجاورت کاتد خیلی قوی و در بقیه قسمتهای لوله بسیار ضعیف است، به این دلیل پرتوهای کاتدی ، که ذرات باردارند، در نزدیکی کاتد تخت تاثیر نیروهای بسیار قوی قرار می گیرند و در امتداد خطوط میدان می شوند. وی خطوط میدان بدون توجه به شکل آند و مکان آن ، بر سطح کاتد عمودند (همانند سطوح رساناها).
بنابراین پرتوهای کاتدی در نزدیکی کاتد در امتداد عمود بر سطح کاتد حرکت می کنند و تقریبا تمام سرعت عظیم خود را در مجاورت خیلی نزدیک کاتد به دست می آورند. بقیه حرکت عملا در امتداد خط مستقیم صورت می گیرد (توسط اینرسی). زیرا ، در فاصله دور از کاتد نیروهای کاتدی ناچیز هستند. میدان الکتریکی در نقاط دور از کاتد ضعیف است. مشاهدات اخیر نشان می دهد که پرتوهای کاتدی بنابر قوانین مکانیک منتشر می شوند، و از این رو جرم دارند.

● جرم پرتوهای کاتدی :

ذرات کاتدی جرم دارند. این مطلب نیز به کمک آزمایش ویژه ای آشکار می شود. پروانه سبکی را که بر محوری متصل است طوری در مسیر پرتوهای کاتدی قرار می دهیم. که آنها (پرتوهای کاتدی) به تیغه های آن «کاتدها) برخورد کنند. بنابراین پروانه به چرخش در می آید، این امر حاکی از این است که پرتوهای کاتدی به آن (پروانه) اندازه حرکت mv داده اند (m جرم و v سرعت ذره است).

● پرتوهای کاتدی حامل انرژی :

پرتوهای کاتدی با بمباران اجسام و جذب شدن در آنها باعث گرم شدن این اجسام می شوند. اگر ورقه نازکی از قلع را در وسط کاتد کروی لامپ تخلیه گازی قرار دهیم، ورقه به شدت گرم و حتی ذوب می شود. آزمایش های مشابه نشان می دهند که پرتوهای کاتدی دارای انرژی جنبشی هستند و آن را به اجسامی که در معرض بمباران آنها قرار گیرند، انتقال می دهند. این چیزی است که انتظارش را داشتیم زیرا ذرات کاتدی جرم m دارند و با سرعت زیاد v حرکت می کنند.

<< علت اصلی چرخش،در واقع تابش مستقیم این پرتوها سبب چرخش چرخ نمی شود. بدین ترتیب که انرژی این اشعه در برخورد با سطح پره بالایی، به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود و دمای آن را بالا می‌برد. در نتیجه، مولکولهای گاز مجاور گرمتر شده، سرعت می‌گیرند و نیروی عکس‌العمل حاصل از انبساط گاز،(یا ضربه های شدیدتر مولکولهای هوا به یک طرف پره که داغتر شده)چرخ را به حرکت در می‌آورد.>>

هر ذره کاتدی باید انرژی جنبشی mv۲/۲ داشته باشد. و آن را به جسمی که با آن برخورد می کند، انتقال دهد. پرتوهای کاتدی ، با صرف این انرژی ، باعث تابانی صفحه لیان می شوند. آنها همچنین صفحه حساس عکاسی را سیاه می کنند و باعث واکنشهای شیمیایی می شوند.

● انحراف پرتوی کاتدی توسط میدان الکتریکی :

پرتوهای کاتدی توسط میدان الکتریکی منحرف می شوند. این اثر میدان الکتریکی بر پرتوهای کاتدی را می توان به آسانی پیش بینی کرد زیرا می دانیم که پرتوهای کاتدی بار الکتریکی دارند. به توسط آزمایش هایی این مفهوم نیز تایید شده است. و بار منفی آنها با این خاصیت اثبات می شود.

● انحراف پرتوی کاتدی توسط میدان مغناطیسی :

پرتوهای کاتدی توسط آهنربا منحرف می شوند. با نزدیک کردن آهنربا به باریکه نازک پرتوهای کاتدی ، می توان جابجایی رد آنها را روی پرده مشاهده کرد اگر در این آزمایش قطب شمال آهنربا در بالای باریکه باشد. پرتوهای کاتدی ، به سمت چپ منحرف می شوند و اگر در پایین باریکه (زیر باریکه) باشد، پرتوهای کاتدی به راست منحرف می گردند. اگر قطب شمال آهنربا نیز به طرف راست باریکه باشد، باریکه به سمت بالا منحرف می گردد و بر عکس .
اگر قطب جنوب آهنربا نزدیک باریکه شود، جهت انحراف باریکه معکوس می شود. این نتایج را این واقعیت که پرتوهای کاتدی از جریان بارهای منفی تشکیل شده اند و در امتداد لامپ حرکت می کنند، کاملا توجیه می کند. حرکت این بارها یک جریان الکتریکی تشکیل می دهند، و به خوبی می دانیم که جریان و آهنربا بر یکدیگر اثر می گذارند. انحراف پرتوهای کاتدی توسط آهنربا را می توان به صورت زیر تشریح نمود.
وقتی آهنربا به لامپ نزدیک شود، رد پرتوهای کاتدی بر پرده به طور محسوس خمیده می شود. باریکه های کاتدی که از شکافی گذشته، با نزدیک شدن آهنربا به لامپ منحرف شده و رد خم شده باریکه را می توان بر صفحه ای که در لامپ قرار دارد، مشاهده کرد. تمام خواص اخیر پرتوهای کاتدی که در بالا ذکر شد، بخصوص آزمایش های دقیقی که تامسون (j.Thomson) فیزیکدان انگلیسی ، انجام داد، ثابت می کنند که پرتوهای کاتدی از الکترون های سریعی تشکیل شده اند که از کاتد به طرف آند حرکت می کنند.
دلیل پیدایش پرتوهای کاتدی در لامپ تخلیه گازی ، بمباران شدید کاتد توسط یون های مثبت است که با ضربه الکترون هایی را از کاتد فلزی بیرون می کشند «الکترون کنی).

● شرط وجود پرتوهای کاتدی در لامپ تخلیه :
برای داشتن پرتوهای کاتدی لامپ تخلیه باید حاوی مقداری گاز باشد (هر چند خیلی کم ). بنابراین اگر لامپ تخلیه گازی بیشتر از حد لازم خلا شود، نه یونهای مثبت ظاهر می شود و نه پرتوهای کاتدی ، و گازی که به مقدار زیادی زیادی رقیق شده است دی الکتریک خوبی خواهد بود.
الکترونها با حرکت میان کاتد و آند توسط میدان الکتریکی شتاب می گیرند و سرعتهای زیادی کسب می کنند این سرعتها در میدان های بسیار شدید می توانند به ۱۰۵ کیلومتر بر ثانیه یا حتی بیشتر برسند که در شتاب دهنده های خاصی به سرعت نور خیلی نزدیک می شوند.