Katodni žarek je snop elektronov v vakuumski cevi, ki potuje od negativno nabite elektrode (katode) na enem koncu do pozitivno nabite elektrode (anoda) na drugem, čez a Napetost razlika med elektrodama. Imenujejo jih tudi elektronski žarki.
Kako delujejo katodni žarki
Elektroda na negativnem koncu se imenuje katoda. Elektroda na pozitivnem koncu se imenuje anoda. Ker elektrone odbija negativni naboj, je katoda v vakuumski komori videti "vir" katodnega žarka. Elektroni pritegnejo anodo in potujejo po ravnih črtah skozi prostor med obema elektrodama.
Katodni žarki so nevidni, vendar njihov učinek na anodi vzbuja atome v steklu nasproti katode. Potujejo z veliko hitrostjo, ko na elektrode pride napetost in nekateri obidejo anodo, da udarijo v steklo. Zaradi tega se atomi v kozarcu dvignejo na višjo energijsko raven, kar ustvari fluorescenčni sijaj. To fluorescenco lahko izboljšate tako, da na zadnjo steno cevi nanesete fluorescenčne kemikalije. Predmet, nameščen v cev, bo vrgel senco in pokazal, da elektroni tečejo v ravni črti, žarek.
Katodni žarki se lahko odklonijo z električnim poljem, kar je dokaz, da so sestavljeni iz delcev elektrona in ne iz fotonov. Žarki elektronov lahko prehajajo tudi skozi tanko kovinsko folijo. Vendar katodni žarki kažejo tudi valovne značilnosti v poskusih s kristalno rešetko.
Žica med anodo in katodo lahko vrne elektrone katodi in dokonča električni tokokrog.
Katodne cevi so bile osnova za radijsko in televizijsko oddajanje. Televizijski sprejemniki in računalniški monitorji pred prvim platnom, LCD in OLED zasloni so bili katodne cevi (CRT).
Zgodovina katodnih žarkov
Z izumom vakuumske črpalke iz leta 1650 so znanstveniki lahko preučili učinke različnih materialov v vakuumih in kmalu so preučevali elektrika v vakuumu. Že leta 1705 je bilo zabeleženo, da lahko v vakuumih (ali v bližini vakuumov) električni razelektri prevozijo večjo razdaljo. Takšni pojavi so postali priljubljeni kot novosti in celo ugledni fiziki, kot je Michael Faraday preučevali učinke le-teh. Johann Hittorf je leta 1869 odkril katodne žarke s Crookesovo cevjo in opazil sence, ki so bile naličene na žarečo steno cevi nasproti katode.
Leta 1897 J. J. Thomson je odkril, da je bila masa delcev v katodnih žarkih 1800-krat lažja od vodika, najlažjega elementa. To je bilo prvo odkritje subatomskih delcev, ki so jih poimenovali elektroni. Prejel je 1906 Nobelova nagrada iz fizike za to delo.
V poznih 1800-ih letih je fizik Phillip von Lenard intenzivno preučeval katodne žarke, njegovo delo z njimi pa mu je prineslo Nobelovo nagrado za fiziko 1905.
Najbolj priljubljena komercialna uporaba tehnologije katodnih žarkov je v obliki tradicionalne televizijskih sprejemnikov in računalniških monitorjev, čeprav jih nadomeščajo novejši zasloni, kot je OLED.