RAYOS CATODICOS

RAYOS CATODICOS

1,2 Universidad Distrital Francisco José de Caldas

1Estudiantes Química Inorgánica - 01, 2 Profesor

Bogotá, D. C., 4 marzo 2011

RESUMEN: Los rayos catódicos son corrientes de electrones observados en tubos de vacío, que se equipan por lo menos con dos electrodos, un cátodo (electrodo negativo) y un ánodo (electrodo positivo) en una configuración conocida como diodo.

PALABRAS CLAVE: Cátodos, ánodos, electrodos, rayos catódicos.

PROBLEMA: ¿En qué podemos aplicar los tubos de rayos catódicos?

HIPOTESIS: Los rayos positivos viajaran hacia el cátodo (electrodo negativo) y los rayos negativos viajaran hacia el ánodo (electrodo negativo) y los rayos negativos viajaran hacia el ánodo (electrodo positivo) y al someterlos a la acción de un campo eléctrico o magnético, los haz de electrones viajaran en dirección opuesta, es decir, los rayos viajaran de forma opuesta en ambos casos.

OBJETIVO GENERAL: Comprender el funcionamiento y la finalidad de los tubos de rayos catódicos para una posterior aplicación.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Reconocer y explicar:

El flujo de corriente a través del tubo.

Comprender el funcionamiento básico del tubo de rayos catódicos.

El efecto producido en la presencia de campos eléctricos y magnéticos.

1. INTRODUCCION

Los rayos catódicos son corrientes de electrones observados en tubos de vacío, es decir los tubos de cristal que se equipan por lo menos con dos electrodos, un cátodo (electrodo negativo) y un ánodo (electrodo positivo) en una configuración conocida como diodo.

La evidencia más convincente de la existencia de los electrones surgió de los experimentos con tubos de rayos catódicos. En un tubo de vidrio que contiene un gas a muy baja presión se sellan dos electrodos y al aplicar un alto voltaje, fluye la corriente y el cátodo emite rayos, los cuales viajan en línea recta hacia el ánodo y producen un resplandor en la pared opuesta al cátodo. Cuando se coloca un objeto e la trayectoria de los rayos catódicos, se proyecta

una sombra sobre una pantalla fluorescente que contiene sulfuro de zinc cerca del ánodo. La sombra muestra que los rayos viajan del cátodo con carga negativa al ánodo con carga positiva. En consecuencia, los rayos deben tener carga negativa; además, cuando los rayos se someten a la acción de campos eléctricos y magnéticos, se desvían en la dirección que se espera de una partícula con carga negativa. [1]

1.1 Electrón: En 1897, J.J Thomson (1856-1940) estudio la naturaleza eléctrica de los rayos catódicos y confirmo que poseían carga negativa independientemente del gas existente dentro del tubo, fue así como propuso la existencia de una partícula negativa común a toda la materia. Esta partícula conocida inicialmente como rayos catódicos, debía ser la unidad de electricidad a la cual Stoney, en 1891, había llamado electrón.

Thomson midió los campos eléctricos y magnéticos necesarios para producir cierta desviación y con el aparato de la Fig. 1.1 logro determinar la relación entre la carga y la masa del electrón (/m=-1.76*108 coul/g).

Fig. 1.1 Aparato utilizado por Thomson para determinar /m del electrón.

En 1908 Robert André Millikan (Nobel de Física en 1923) al irradiar con rayos x gotas de aceite que había rociado entre placas eléctricas encontró que algunas gotas incorporaban carga eléctrica y que la menor carga eléctrica incorporada tenía un valor característico (-1.6*10-19 coulomb). Algunas gotas podían incorporar carga múltiplo de este valor.

Se le asigno este valor de carga al electrón y el caso de los múltiplos era razonable pues una gota podía incorporar más de un electrón.

La existencia de partículas positivas en la materia se evidencio al detectar la emisión de rayos alfa en la descomposición radiactiva.

Eugene Goldstein, en 1886, utilizando tubos con el cátodo perforado y que contenía un gas a baja presión observó, que además de la corriente de rayos catódicos (electrones), había una corriente de partículas que se dirigían del ánodo hacia el cátodo y los denomino por ello, rayos anódicos o rayos canales. Se explico su origen de la siguiente manera: Los rayos catódicos (electrones) al dirigirse hacia el polo positivo, encuentran a su paso moléculas del gas alojado dentro del tubo y debido a su energía cinética alta, chocan y arrancan otros electrones del gas y originan partículas positivas que se dirigen hacia el cátodo. Dentro del tubo existen por lo tanto corriente d electrones que se dirigen al ánodo y corriente d partículas positivas que se dirigen al cátodo. [2]

Fig. 1.2 Tubo de Goldstein para evidenciar la existencia de cargas positivas.

1.2 Protón: En 1906, Thomson descubrió que cuando el tubo de Goldstein contenía hidrógeno, los rayos anódicos poseían una carga igual a la del electrón pero de signo contrario (+1.6*10-19 coul) y los denominó protones (masa= 1.67*10-24 gr). En los átomos el número de electrones y de protones es igual, ya que la materia como un todo, es eléctricamente neutra.

1.3 Neutrón: En 1920 Rutherford predijo la existencia, en el núcleo del átomo, de una partícula sin carga que impidiera la repulsión entre los protones a la cual denominó neutrón. En 1932 durante el estudio de reacciones nucleares, James Chadwick detecto la existencia de una partícula sin carga, con un alto poder de penetración y con una masa aproximadamente igual a la del protón. En física y química se utiliza frecuentemente la unidad de masa atómica (u.m.a) que es aproximadamente la masa del neutrón (1 u.m.a= 1.67*10-24 gr).

Los rayos catódicos se propagan en línea recta en ausencia de influencias externas e independientemente de dónde se sitúe el ánodo, pero son desviados por los campos eléctricos o magnéticos (que pueden ser producidos colocando los electrodos de alto voltaje o imanes fuera del tubo de vacío - esto explica el efecto de los imanes en una pantalla de TV). El refinamiento de esta idea es el tubo de rayos catódicos (CRT), también conocido como tubo de Crookes (porque fue inventado el 1875 por William Crookes). El CRT es la clave en los sistemas de televisión ó en los osciloscopios.

En una

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