Das Anodenstrahlen oder Kanalstrahlen, Auch als positiv bezeichnet, handelt es sich um positive Strahlen, die aus atomaren oder molekularen Kationen (positiv geladenen Ionen) bestehen 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 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)..
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Es war der deutsche Physiker Eugen Goldstein, der sie entdeckte und 1886 zum ersten Mal beobachtete.
In der Folge gingen die Arbeiten der Wissenschaftler Wilhelm Wien und Joseph John Thomson zu anodischen Strahlen von der Entwicklung der Massenspektrometrie aus.
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 in einer geraden Linie ohne elektrische Felder und magnetische Felder.
- Sie weichen bei elektrischen und magnetischen Feldern ab und bewegen sich in Richtung der negativen Zone.
- Kann dünne Metallschichten durchdringen.
- Sie können Gase ionisieren.
- Sowohl die Masse als auch die Ladung der Partikel, aus denen die Anodenstrahlen bestehen, variieren in Abhängigkeit von 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.
Vor der Entdeckung anodischer Strahlen fand die Entdeckung von Kathodenstrahlen statt, die in den Jahren 1858 und 1859 erfolgte. Die Entdeckung geht auf Julius Plücker zurück, einen Mathematiker und Physiker deutscher Herkunft..
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 feststellte, dass die Entladungsröhren mit der perforierten Kathode auch am Ende der Kathode Licht 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 der 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..
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 Atomen im Gas, 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 die Kathode erreichen, 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 Prozess der Lichtproduktion bewirkt ein Leuchten in dem Bereich, in dem die Ionen aus der Kathode austreten.
Obwohl Goldstein durch seine Experimente mit anodischen Strahlen Protonen erhalten hat, ist die Wahrheit, dass er nicht derjenige ist, dem die Entdeckung des Protons zugeschrieben wird, da er es nicht richtig identifizieren konnte.
Das Proton ist das leichteste der positiven Partikel, 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 ∙ 10-24 g, fast das gleiche wie das des Wasserstoffatoms und die gleiche Ladung, jedoch mit dem entgegengesetzten Vorzeichen wie das des Elektrons; das heißt 1,6 ≤ 10-19 C..
Die aus der Entdeckung anodischer Strahlen entwickelte Massenspektrometrie ist ein analytisches Verfahren, 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.
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