Teoria Corpuscular De La Materia

TEORIA CORPUSCULAR DE LA MATERIA

Por: Joseph John Thomson

La teoría de la constitución de la materia que me propongo discutir en estas conferencias supone que las diversas propiedades de la materia surgen de efectos eléctricos. La base de la teoría es la electricidad, y su objetivo principal es construir un “átomo modelo”, por medio de distribuciones de electricidad positiva y negativa, que satisfaga en lo posible las propiedades conocidas del átomo real. Postularemos que las fuerzas de atracción y de repulsión entre las cargas eléctricas en el átomo siguen la bien conocida ley del inverso del cuadrado de la distancia , aunque, desde luego, únicamente tenemos evidencia experimental directa de esta ley en los casos en que las magnitudes de las cargas eléctricas involucradas, y las distancias entre ellas, son enormemente mayores que las cargas eléctricas y distancias típicas dentro del átomo. No trataremos de ir tras estas fuerzas y discutir el mecanismo mediante el cual pudieran ser producidas. La teoría no es una teoría final; su objetivo es más bien físico que metafísico. Desde el punto de vista de un físico, una teoría de la materia es una pauta más bien que un credo; el objetivo de la misma es relacionar o coordinar fenómenos de aparente diversidad y, sobre todo, sugerir, estimular y dirigir experimentos. Debe proveernos una ruta que, si se sigue, llevará al observador más y más adentro, hacia regiones aún no exploradas. Solamente; pero, de cualquier modo, quien esté guiado de esta manera seguirá adelante en una dirección definida y no vagará de un lado a otro, sin rumbo alguno.

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

Esta teoría, según he dicho, supone que el átomo está compuesto de electricidad positiva y electricidad negativa. Una característica primordial de esta teoría -- y de la cual deriva su nombre-- es la manera peculiar en que la electricidad negativa se encuentra dentro del átomo y fuera del átomo. Suponemos que la electricidad negativa siempre aparece como partículas sumamente livianas, llamadas corpúsculos, y que todos estos corpúsculos, dondequiera que aparezcan, son siempre del mismo tamaño y siempre llevan la misma cantidad de electricidad. No importa cuál resulte ser la constitución del átomo, tenemos evidencia experimental directa de la existencia de estos corpúsculos y comenzaré la discusión de la Teoría Corpuscular con una descripción del descubrimiento de los corpúsculos y las propiedades de los mismos.

CORPÚSCULOS EN TUBOS AL VACÍO

El primer lugar en el cual se notó la existencia de los corpúsculos fue en un tubo altamente enrarecido a través del cual pasaba una descarga eléctrica. Cuando hago pasar una descarga eléctrica a través del tubo altamente enrarecido notarán que los lados del tubo brillan con una fosforescencia de un verde vivo. Se puede demostrar que este fenómeno se debe a algo que procede en líneas rectas desde el cátodo, el electrodo por donde la electricidad negativa entra al tubo.

Supongan que se coloca una cruz de Marta hecha de mica delgada entre el cátodo y las paredes del tubo. Notarán que cuando envío la descarga eléctrica la fosforescencia verde ya no se extiende por todo el extremo del tubo, como lo hacía cuando no tenía la cruz. En el extremo del tubo hay una cruz bien definida en la cual no hay fosforescencia, ya que la cruz de mica ha proyectado una sombra y la forma de la sombra demuestra que la fosforescencia se debe a algo que se propaga en línea recta desde el cátodo y cuyo paso está interrumpido por la delgada placa de mica. Este experimento lo hizo ya Sir William Crookes hace muchos años. La fosforescencia verde se debe a los rayos que salen del cátodo; los llamados rayos catódicos. En una época hubo una gran controversia en cuanto a la naturaleza de estos rayos y prevalecían dos puntos de vista: el primero, defendido principalmente por los físicos ingleses, era que los rayos son cuerpos electrizados negativamente expulsados desde el cátodo con gran velocidad; el otro punto de vista, defendido por la gran mayoría de los físicos alemanes, era que los rayos son alguna clase de vibraciones etéreas u ondas.

Un argumento a favor de que los rayos son partículas negativamente cargadas es que las fuerzas magnéticas desvían los rayos como si ellos fuesen partículas cargadas de electricidad negativa que se movieran en la misma dirección que los rayos. Sabemos que cuando se coloca un imán cerca de estas partículas actúa sobre ellas una fuerza en ángulo recto con la fuerza magnética.

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

Las observaciones que pueden hacerse en una conferencia son necesariamente muy generales e incompletas; pero puedo añadir que las medidas elaboradas y precisas que se han hecho del movimiento o desviaciones de los rayos catódicos bajo las fuerzas magnéticas han demostrado que, en este respecto, los rayos se comportan exactamente igual que si fueran partículas electrizadas en movimiento.

Otro argumento a favor de que los rayos catódicos son partículas cargadas negativamente fue demostrar que cuando estas partículas se atrapan en una vasija metálica le imparten a ésta una carga eléctrica negativa. El primero en hacer esto fue Perrin. Aquí tengo una modificación de su experimento. (Véase figura 1.)

A es un cilindro metálico con un agujero en él. Está colocado de tal suerte, que queda fuera del paso de los rayos que vienen desde C, a menos que los desvíe un imán. Se conecta a un electroscopio . Verán que cuando los rayos no pasan a través del agujero en el cilindro, el electroscopio no recibe carga alguna. Ahora, por medio de un imán, desvío los rayos de manera que pasen por el agujero en el cilindro. Verán que el electroscopio está cargado porque las láminas de oro del electroscopio se han separado, y al cotejar para ver qué tipo de carga eléctrica se le ha comunicado al electroscopio encontramos que es negativa.

DESVIACIÓN DE LOS RAYOS CATÓDICOS POR MEDIO

DE UN CUERPO CARGADO

Si los rayos son cargas de electricidad negativa, un cuerpo electrizado debiera desviarlos, al igual que un imán. En los primeros experimentos que se hicieron relacionados con esta idea no se observó ninguna desviación. Se ha demostrado que la razón para esto es que cuando los rayos catódicos pasan a través de un gas lo convierten en conductor de electricidad, así que, si hay una cantidad apreciable de gas en la vasija por la cual los rayos están pasando, este gas se convertirá en un conductor de electricidad, y los rayos estarán rodeados por un conductor que los protege de los efectos de la fuerza eléctrica de igual manera que la cubierta metálica de un electroscopio lo protege de todos los efectos eléctricos externos. Vaciando el tubo lo más posible hasta que sólo quedara una pequeñisima cantidad de aire que pudiera convertirse en un conductor, pude deshacerme de este efecto y obtener la desviación eléctrica de los rayos catódicos. En la figura 2 muestro el aparato que hice para este propósito.

Los rayos pasan entre las dos placas paralelas, D y E, que se pueden conectar a los polos de una batería. La presión dentro del tubo es muy baja. Notarán que los rayos se desvían considerablemente cuando conecto las placas a los polos de la batería, y que la dirección de la desviación es la que debiera ser si los rayos estuvieran negativamente cargados.

También podemos demostrar el efecto de la fuerza magnética y el de la fuerza eléctrica sobre estos rayos si aprovechamos el descubrimiento hecho por Wehnelt: cuando la cal (óxido de calcio) se calienta al rojo vivo y está cargada de electricidad negativa emite grandes cantidades de rayos catódicos. Aquí tengo un tubo cuyo cátodo es un fleje de platino en el cual hay un puntito de cal. Cuando el platino se calienta mucho, basta con una diferencia en potencial de aproximadamente 100 voltios para hacer que un chorro de rayos catódicos comience a salir de ese punto. Podrán seguir el curso de los rayos catódicos por la luminosidad que producen al pasar a través del gas. Verán los rayos como una línea fina de luz azulada que sale de un punto del cátodo; al acercar un imán, la línea se desvía y yo puedo hacer que se convierta en un círculo o una espiral, y hacerlo dar la vuelta e ir directamente detrás del cátodo de donde salió. Con este aparato se puede mostrar de una manera extraordinaria la desviación magnética de los rayos. Para observar la desviación electrostática uso el tubo que se muestra en la figura 3.

Cargo la placa B negativamente para que rechace el haz de rayos que provienen del punto de cal en el cátodo C. Verán que el haz de rayos se desvía de la placa B y sigue una trayectoria curva cuya distancia a la placa B puede aumentar o disminuir disminuyendo o aumentando la carga negativa de la placa.

Hemos visto que los rayos catódicos se comportan en todas las pruebas a que los hemos sometido como si fueran partículas electrizadas negativamente. Hemos visto que llevan una carga de electricidad negativa y que se desvían en presencia de fuerzas eléctricas y magnéticas igual que lo harían partículas electrizadas negativamente. No obstante, Hertz demostró que las partículas catódicas poseen otra propiedad que parece incompatible con la idea de que son partículas de materia, puesto que encontró que podían penetrar capas muy delgadas de metal, por ejemplo,

...