rayos catodicos
El tubo de rayos catódicos, héroe de muchas décadas de TV, está muriendo
como producto de consumo. Las nuevas pantallas planas de los más modernos
televisores y monitores ya no lo necesitan.
Sin embargo, sigue teniendo utilidad científica, como la tuvo desde sus
orígenes. Quizás la naturaleza de protones y electrones nos hubiera sido muy difícil de descubrir sin esta sencilla y potente herramienta.
Tanto desde el punto de vista histórico como desde el interés científico, nos
resulta interesante entender el funcionamiento de esta muestra del ingenio
humano.
Pulsando Avanzar se muestran los objetivos que nos proponemos alcanzar.
Objetivos que proponemos
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Comprender el funcionamiento básico del tubo de rayos catódicos y el efecto que tiene la presencia de campos eléctricos y
magnéticos.
Entender cómo se puede utilizar esta herramienta para averiguar la
velocidad y masa de partículas cargadas como los electrones.
Entender el funcionamiento de aparatos científicos, como el
osciloscopio, y de productos de consumo, como la TV, basados
históricamente en el tubo de rayos catódicos.Saber resolver ejercicios sobre el movimiento de los electrones en
campos eléctricos y magnéticos, tanto desde el punto de vista
clásico como desde el relativista. Esta capacidad nos puede ser muy
útil en los temas de Electromagnetismo y Física Moderna del actual
Bachillerato.
El tubo de Crookes
Aunque Geissler había hecho algo parecido unos
años antes, nosotros partiremos del tubo que diseñó Crookes hacia 1875.
En un tubo de vidrio como el de la figura se había
hecho un vacío casi completo. En su extremo
izquierdo hay un electrodo (cátodo) unido a un
potencial eléctrico negativo. En el lado opuesto
hay otro electrodo (ánodo) unido a un potencial
positivo. Cuando la diferencia de potencial es
suficientemente alta, se percibe una fluorescencia. Pasemos el ratón por la imagen para poder verla.
Observamos que hay una pieza en forma de cruz de malta que da una sombra
nítida. Esta sombra nos indica que la misteriosa radiación proviene del cátodo y
se propaga en línea recta. La luz en sí misma se comprobó que se debía a la
excitación del gas residual por "algo" que pasaba a través de él. Sólo faltaba
comprobar la naturaleza de esta radiación. Tubo de rayos catódicos de uso científico
A la izquierda vemos un tubo
de rayos catódicos similar al
que usó Thomson hacia 1897.
Pasemos el ratón por él para
ver sus componentes.
Después del ánodo se ha
añadido una zona donde se
pueden insertar campos
eléctricos y magnéticos
perpendiculares a la radiación,
para comprobar si posee carga
eléctrica y su signo. Así se comprobó que los rayos catódicos eran cargas negativas, que luego se
denominarían electrones. Más tarde se comprobó que si en el tubo había algo
de gas hidrógeno se originaba una radiación formada por partículas positivas
más pesadas que los electrones, los protones.
Thomson había dado así un gran salto en la búsqueda del átomo moderno con
ayuda del tubo de rayos catódicos. Deberíamos ahora tratar de comprender cómo se producen y comportan los rayos catódicos.
Comportamiento de los electrones en el tubo de rayos catódicos
Vamos a detenernos en
principio en la zona
comprendida entre cátodo y
ánodo, donde los electrones
adquieren la energía que los
convierte en rayos catódicos.
Para analizar lo que sucede
utilizaremos la escena
acelerando. En ella analizamos la relación entre la diferencia de
potencial aplicada y la velocidad
de los electrones.
En la escena Elec estudiamos la desviación del haz de electrones por un
campo eléctrico interpuesto, mientras que en mag vemos la provocada por un
campo magnético. Observemos que los dos campos desvían a los rayos
catódicos en planos diferentes y con curvatura de diferente tipo....
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