Lo strumento fu inventato da William Crookes, chimico e fisico britannico, ed è composto da un tubo di vetro, contenente un gas rarefatto, posto su una base di legno, in cui è inserito un mulinello metallico libero di muoversi lungo un binario; alle due estremità del tubo sono posti due elettrodi, il catodo (polo negativo) e l’anodo (polo positivo). Alimentando gli elettrodi si generano dei raggi che, colpendo il mulinello, lo mettono in moto. Tali raggi furono chiamati catodici e furono avanzate diverse teorie sulla loro natura. Fissate longitudinalmente nel tubo vi sono due coppie di asticelle in vetro che fungono da guide per un mulinello con otto palette di alluminio sulle quali vi sono delle macchie di vernice fluorescente.

Per verificare l'esperimento gli elettrodi devono essere collegati ad una sorgente di elettricità ad alto potenziale. Il fascio di raggi catodici che si diparte dal catodo urta le palette del mulinello che, mettendosi a ruotare, si muove lungo il tubo. Invertendo la polarità degli elettrodi si inverte anche il senso di rotazione del mulinello.

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