Rayos catódicos y anódicos

Descarga eléctrica a través de un gas

En 1853 un científico francés de nombre Mason, fue el primero en enviar una chispa eléctrica de una bobina de inducción de alto voltaje a través de un recipiente en donde se había hecho un vacío parcial y descubrió que, en lugar de la típica chispa observada en el aire, el tubo se llenaba con un resplandor brillante. Unos años después, Heinrich Geissler,un soplador de vidrio alemán, perfeccionó y empezó a fabricar tubos de descarga en gases. Estos tubos hechos de vidrio de distintas formas, tamaños y colores, parecidos a los letreros modernos de neón y argón que se usan en anuncios luminosos, atrajeron la atención de los físicos en las principales instituciones científicas y universidades del mundo.
En 1869, Johann Wilhelm Hittorf, con unabomba de vacío mejorada, observó cerca de cada uno de los electrodos de la descarga eléctrica, una región oscura que crecía de tamaño conforme continuaba haciéndose el vacío. Esta es solo una de las fases del estudio de descargas eléctricas en gases, que fueron estudiadas y observadas años después por Willian Crookes.
En la siguiente figura se ve un tubo largo de vidrio de unos 4 cm de diámetro y150 cm de largo conectado a una bomba de difusión de mercurio y a una bomba mecánica de vacío. Las bombas permiten observar los cambios de las descargas eléctricas mientras se extrae lentamente el aire del tubo. El objeto es congelar los vapores de mercurio y evitar que lleguen al lugar de la descarga. Se conecta el voltaje elevado de una bobina de inducción a los dos electrodos, uno positivollamado ánodo y un negativo llamado cátodo, uno a cada extremo del tubo.


Cuando el tubo largo es evacuado lentamente, una fuerza electromotriz de 10,000 o 15,000 volts producirá a primera descarga cuando la presión haya descendido cerca de 1/100 de atmosfera, o sea, a una presión barométrica de unos 8 mm de mercurio.
Esta primera descarga, como se muestra en la siguiente imagen, consiste encintas largas y azuladas. A medida que la presión del gas baja a unos 5 mm de mercurio, a veces llamada vacío del tubo de Geisser, la descarga se ensancha, hasta que llena el tubo por completo.
A una presión aún más baja, de cerca de 2mm de mercurio, una región oscura llamada espacio oscuro de Faraday, aparece en la región del cátodo dividiendo en dos partes a la descarga brillante, una sección largay rosada que se llama columna positiva y a una sección corta azulada, denominada resplandor negativo o luz catódica.

A medida que la presión baja más, el espacio oscuro de Faraday crece en tamaño y el resplandor negativo se aleja de cátodo, produciéndose entre ambos otro espacio oscuro. Con la aparición de esta segunda región oscura, llamada espacio oscuro de Crookes, la columna positiva sedivide en un número de capas igualmente espaciadas llamadas estrías.

















Cuando sigue el bombeo, las estrías y el destello negativo se vuelven más tenues, y el espacio oscuro de Crookes se ensancha, hasta que finalmente, a una presión de 0.01 milímetro, llena todo el tubo. Entonces el tubo brilla con una luz verdosa.




Rayos catódicos
El resplandor verde dela etapa final de la descarga gaseosa, resultó ser debido a una fluorescencia del vidrio producida por rayos invisibles que emanan del cátodo.
En el espacio libre de un tubo de vacío, las partículas del cátodo, que se han desprendido de los átomos del mismo, corren a lo largo del tubo y chocan rara vez con una molécula de gas antes de golpear las paredes del vidrio.
El primer descubrimientoimportante de la naturaleza de los rayos catódicos, fue el de que avanzan en línea recta. Esto fue revelado primero por Hittorf en 1869, proyectando sombras de los objetos colocados dentro de un tubo de descarga.
Donde los rayos pegan en las paredes del tubo, aparece la fluorescencia verde del vidrio, mientras que en la sombra, permanece oscuro. Bajo el bombardeo continuo de los rayos catódicos...