陰極線管シミュレータCathode Ray Tube Simulator

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. 上の偏向板を＋、下の偏向板を−にすると、電子の流れ(ビーム)は上と下のどちらに曲がると思いますか。If the upper deflection plate is made + and the lower one −, do you think the electron beam will bend up or down?💡 電子がもっている電気は＋と−のどちらでしょうか。また、同じ種類の電気どうし、ちがう種類の電気どうしはどう力をおよぼし合いますか。Is the charge on an electron + or −? And how do like charges and unlike charges act on each other?
2. 加速電圧を大きくして電子を速くすると、同じ偏向板電圧でも曲がり方は変わると思いますか。If you raise the accelerating voltage so the electrons go faster, do you think they will bend differently for the same plate voltage?💡 電子が偏向板の間を通りぬけるのにかかる時間に注目しましょう。Think about how long each electron spends passing between the plates.

2動かしてみようTry it

1. 初期設定(加速電圧 1.5 kV、偏向板電圧 0 V、「表示: 電子の流れ」)で、光る電子が陰極 K (−) から陽極 A (+) の穴を通って蛍光幕のどこに当たるかを観察する。With the starting settings (Accel. voltage 1.5 kV, Plate voltage 0 V, "Show: electron flow"), watch the glowing electrons travel from Cathode K (−) through the hole in Anode A (+) and note where they hit the Screen.
2. 「偏向板電圧」を +300 V にして、偏向板の＋・−の表示、ビームの曲がる向き、「偏向量」の値を読み取る。次に −300 V にして比べる。Set "Plate voltage" to +300 V and read the + / − signs on the plates, the direction the beam bends, and the "Deflection" value. Then set it to −300 V and compare.
3. 「偏向板電圧」を +300 V にしたまま「加速電圧」を 0.5 kV、3.0 kV に変え、「電子の速さ」と「偏向量」を記録する。さらに加速電圧 1.5 kV で偏向板電圧を +150 V にして偏向量を比べる。Keeping "Plate voltage" at +300 V, change "Accel. voltage" to 0.5 kV and then 3.0 kV, recording "Speed" and "Deflection". Then, at 1.5 kV, set the plate voltage to +150 V and compare the deflection.
4. 「表示: 電子の流れ」ボタンを押して「表示: 電流の向き(慣用)」に切りかえ、管の中の矢印の向きと下の表示がどう変わるかを確かめる。Press the "Show: electron flow" button to switch to "Show: conventional current", and check how the arrows in the tube and the label below change.

3確かめようCheck

1. 偏向板電圧が 0 V のとき、電子はどのように進みましたか。With the plate voltage at 0 V, how did the electrons travel?→ 陰極(−)から出て陽極(+)に向かって速くなり、陽極の穴を通りぬけて真っすぐ進み、蛍光幕の中央を光らせた。偏向量は「なし」と表示された。They left the cathode (−), sped up toward the anode (+), passed through its hole, went straight, and lit up the center of the screen. Deflection showed "none".
2. 偏向板電圧を +300 V と −300 V にしたとき、ビームはそれぞれどちらに曲がりましたか。Which way did the beam bend at +300 V and at −300 V?→ +300 V では上の板が＋になり、ビームは上へ曲がった(上へ 28%)。−300 V では下の板が＋になり、下へ曲がった(下へ 28%)。どちらも＋の板の側へ曲がる。At +300 V the upper plate was + and the beam bent up (up 28%). At −300 V the lower plate was + and it bent down (down 28%). Either way it bends toward the + plate.
3. 偏向板電圧 +300 V のまま加速電圧を 0.5 kV、1.5 kV、3.0 kV にすると、電子の速さと偏向量はどうなりましたか。At a plate voltage of +300 V, what happened to the speed and the deflection at 0.5 kV, 1.5 kV, and 3.0 kV?→ 電子の速さは 1.00倍、1.73倍、2.45倍と速くなり、偏向量は上へ 85%、28%、14% と小さくなった。速い電子ほど曲がりにくい。The speed rose to 1.00×, 1.73×, and 2.45×, while the deflection fell to up 85%, 28%, and 14%. Faster electrons bend less.
4. 「表示: 電流の向き(慣用)」に切りかえると、矢印はどちら向きになりましたか。When you switched to "Show: conventional current", which way did the arrows point?→ 電子が進む向き(陰極→陽極、−→＋)とは逆の、陽極から陰極(＋→−)の向きになった。電子の流れ自体は同じ向きのまま進んでいる。They pointed from the anode to the cathode (+ → −), opposite to the electrons' motion (cathode → anode, − → +). The electrons themselves kept moving the same way.

4考えようThink further

1. 陰極線が＋の偏向板の側へ曲がることから、陰極線の正体についてどんなことがわかりますか。What does the fact that the cathode ray bends toward the + plate tell us about what a cathode ray is?→ ＋に引かれるので、陰極線は−の電気をもった粒子(電子)の流れだとわかる。光のような電気をもたないものなら、電圧をかけても曲がらない。Because it is pulled toward +, a cathode ray must be a stream of negatively charged particles (electrons). Something without charge, such as light, would not bend when the voltage is applied.
2. 電流の向きを「＋から−」と決めたのに、実際の電子は「−から＋」へ動きます。なぜこのようなずれがあるのでしょうか。Current is defined as flowing from + to −, yet electrons actually move from − to +. Why is there this mismatch?→ 電流の向きは電子が発見されるより前に「＋から−へ流れる」と約束されたため。あとで電流の正体が−の電気をもつ電子の移動だとわかったが、約束はそのまま使われている。The direction of current was agreed on as + to − before electrons were discovered. Later it turned out that current is carried by negatively charged electrons, but the original convention was kept.

よくある誤解Common misconceptions

• 「電流の向きと電子の動く向きは同じ」という誤解。導線や陰極線管の中の電子は、電流の向きとは逆の−極から＋極へ動く。"Current flows the same way the electrons move." In wires and in a cathode ray tube, electrons move from − to +, opposite to the conventional current.
• 「電圧を大きくすれば、どんな場合でも電子はよく曲がる」という誤解。曲がりを大きくするのは偏向板の電圧で、加速電圧を大きくすると電子が速くなり、かえって曲がりは小さくなる。"Raising any voltage makes the electrons bend more." Only the plate voltage increases the bending; raising the accelerating voltage makes the electrons faster, so they actually bend less.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)