Bases Teóricas:
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.
Cuando se calienta el cátodo, emite una cierta radiación que viaja hacia el
ánodo. Si las paredes internas de vidrio detrás del ánodo están cubiertas con
un materialfluorescente, brillan
intensamente. Una capa de metal colocada entre los electrodos proyecta una
sombra en la capa fluorescente. Esto significa que la causa de la emisión de
luz son los rayos emitidos por el cátodo al golpear la capa fluorescente. Los
rayos viajan hacia el ánodo en línea recta, y continúan más allá de él durante
una cierta distancia. Este fenómeno fue estudiado por los físicos a finales del siglo XIX,
otorgándose unpremio Nobel a Philipp von Lenard. Los rayos catódicos
primeramente fueron producidos por los tubos de Geissler.
Los tubos especiales fueron desarrollados para el estudio de estos rayos por William Crookes y
se los llamó tubos de Crookes.
Pronto se vio que los rayos catódicos están formados por los portadores reales
de la electricidad que ahora se conocen como electrones.
El hecho de que los rayos son emitidos por el cátodo, es decir el electrodo
negativo, demostró que los electrones tienen carga negativa.
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 televisores,
los osciloscopios,
y las cámaras de televisión vidicon.
Las principales propiedades de
los rayos catódicos son las mostradas a continuación:
·
Los rayos
catódicos salen del cátodo perpendicularmente a su
superficie y en ausencia de campos eléctricos o magnéticos se propagan
rectilíneamente.
·
Son
desviados por un campo eléctrico, desplazándose hacia la parte
positiva del campo.
·
Son
desviados por campos magnéticos.
·
Producen
efectos mecánicos; la prueba de ello es que tienen la capacidad de mover un
molinete de hojas de mica que se interpone en su trayectoria.
·
Transforman
su energía cinética en térmica, elevando la temperatura de los objetos que se oponen a su
paso.
·
Impresionan
placas fotográficas.
·
Excitan
la fluorescencia de algunas sustancias, como pueden ser el vidrio o el sulfuro de cinc.
·
Ionizan
el aire que atraviesan.
El Tubo de Crookes es
un cono de vidrio con 1 ánodo y 2 cátodos. Es una invención pero más en parte una innovación del
científico William
Crookes en el siglo XIX, y es una versión más evolucionada del
desarrollo del Tubo
de Geissler.
Consiste en un tubo
de vacío por el cual circulan una serie de gases, que al aplicarles
electricidad adquieren fluorescencia, de ahí que sean llamados fluorescentes. A
partir de este experimento (1895) Crookes dedujo que
dicha fluorescencia se debe a rayos catódicos, que consisten en electrones en movimiento, y, por
tanto, también descubrió la presencia de electrones en los átomos.
Al final del cono de
vidrio, una banda calentada eléctricamente, llamada cátodo, produce electrones.
Al lado opuesto, una pantalla tapada de fósforo forma un ánodo el que está
conectado al terminal positivo del voltaje (unos cien voltios), del cual su
polo negativo está conectado al cátodo.
Crookes para
comprobar la penetrabilidad de rayos catódicos, debe realizar un
tercer tubo, el cual llama la cruz de Malta, ya que entre el cátodo y el ánodo
está localizado un tercer elemento, una cruz hecha de Zinc, un elemento muy
duro.
El experimento
consistía en que el rayo se estrellaba contra la cruz y la rodeaba, para
posteriormente generar una sombra al final del tubo. Con este tubo es posible
demostrar que los rayos catódicos se propagan en línea recta. Una pantalla
metálica con forma de cruz de Malta, se dispone de modo que intercepte el haz
de los rayos catódicos, produciendo una zona de sombra sobre la pantalla que
satisface las leyes de la propagación de las ondas rectilíneas.
Objetivos:
Conocer
las propiedades de los rayos catódicos para establecer que la materia tiene
cargas eléctricas y observar los espectros de emisión de algunas sustancias
mediante experimentos donde se manifiesten estas propiedades, para comprender
que la materia tiene cargas eléctricas.
Hipótesis:
La
trayectoria de los rayos catódicos sea recta.
Cuando
se acerque el imán se desvían.
Que
cada sustancia que se acerque a la flama sea un color diferente.
Cuando
la luz pasa por el espectroscopio sea del mismo color que cuando lo acercas a
la flama.
Procedimiento:
EXPERIMENTO
NO 1. PROPIEDADES DE LOS RAYOS CATODICOS
Conecta
la bobina tesla a un tomacorriente y acerca el electrodo al cátodo del tubo de
rayos catódicos y observa. Acerca el imán al tubo y observa.
Repite
la operación con el tubo de la cruz de Malta y después con el del molinete.
EXPERIMENTO
NO 2. ESPECTROS DE EMISION
Toma
por medio del alambre de la porta asa un poco de sustancia y colocala a la
flama del mechero, observa la coloración de la flama en forma directa y luego
por el espectroscopio de: cloruro de sodio, cloruro de litio, cloruro de
potasio, cloruro de estroncio, cloruro de bario y cloruro de cobre.
NOTA:
Antes de poner a la flama una sal en el alambre, introduce este en el vaso que
contiene acido clorhídrico para lavarlo, y en seguida ponlo a la flama del
mechero con el fin de eliminar impurezas. Repite la operación hasta que el
alambre no de coloración a la flama.
EXPERIMENTO
NO 3. ESPRECTROS OPTICOS
Monta
el tubo de descarga de Hidrogeno en el soporte universal por medio de las
pinzas, acerca la bobina tesla a uno de los extremos, observa la luz producida,
primero de manera directa y después con el espectroscopio. Repite la operación
con los otros tubos de descarga.
Bibliografía:
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