Usuari:Mcapdevila/Raigs catòdics

Els raigs catòdics, descoberts per Hittorf el 1869, són un feix d'electrons emès per un càtode i accelerat per un camp elèctric. Són desviats pels camps elèctrics i magnètics i exciten la fosforescència de certs cossos. Aquestes propietats són utilitzades en els tubs d'oscil·loscopi i en els tubs de televisió.

A mitjans del segle xix ja se sabia que el corrent elèctric podia passar per medis considerats aïllants si el potencial era prou elevat. Per explorar aquesta idea, es treballava amb els anomenats tubs (1855) de Heinrich Geissler (1814-79), bufador de vidre alemany. Aquests tubs s'emplenaven primerament amb un gas i llavors es feia el buit amb una bomba pneumàtica; A mesura que es baixava la pressió, el pas del corrent s'afavoria. Ja a uns 5 mmHg s'observava un pas de corrent continu i una lluminositat que emanava del mateix interior del tub. El color de la llum depenia del gas que s'hi havia introduït prèviament (aire-vermell, argó-blau, neó-taronja). Aquests tubs són coneguts actualment amb el nom de tubs de neó. A través de diversos experiments, es va veure que la lluminositat era un raig (una mena de radiació lluminosa) que sorgia del càtode i que es propagava en línia recta. Així doncs, el físic alemany Eugen Goldstein (1850-1930) els denominà el 1876 raigs catòdics.

Diagrama esquemàtic d'un Tub de Crookes. A és una font de baixa tensió que escalfa el càtode C . B és una font d'alt voltatge que subministra tensió a l'ànode revestit de fòsfor P . La màscara M està connectada al potencial del càtode i la seva imatge es projecta en els llumins com l'àrea no brillant.

Els raigs catòdics són corrents d'electrons observats en tubs de buit, és a dir els tubs de vidre que s'equipen almenys amb dos elèctrodes, un càtode (elèctrode negatiu) i un ànode (elèctrode positiu) en una configuració coneguda com a díode. Quan s'escalfa el càtode, emet una certa radiació que viatja cap a l'ànode. Si les parets internes de vidre darrere de l'ànode estan cobertes amb un material fluorescent, brillen intensament. Una capa de metall col·locada entre els elèctrodes projecta una ombra a la capa fluorescent. Això significa que la causa de l'emissió de llum són els rajos emesos pel càtode en copejar la capa fluorescent. Els raigs viatgen cap a l'ànode en línia recta, i continuen més enllà d'ell durant una certa distància. Aquest fenomen va ser estudiat pels físics a la fi del segle xix, atorgant-se un premi Nobel a Philipp von Lenard. Els raigs catòdics primerament van ser produïts pels tubs de Geissler. Els tubs especials van ser desenvolupats per l'estudi d'aquests raigs per William Crookes i els hi va cridar tubs de Crookes. Aviat es va veure que els raigs catòdics estan formats pels portadors reals de l'electricitat que ara es coneixen com electrons. El fet que els rajos són emesos pel càtode, és a dir l'elèctrode negatiu, va demostrar que els electrons tenen càrrega negativa.

Els raigs catòdics es propaguen en línia recta en absència d'influències externes i independentment d'on se situï l'ànode, però són desviats pels camps elèctrics o magnètics (que poden ser produïts col·locant els elèctrodes d'alt voltatge o imants fora del tub de buit - això explica l'efecte dels imants en una pantalla de TV). El refinament d'aquesta idea és el tub de raigs catòdics (CRT), també conegut com a tub de Crookes (perquè va ser inventat el 1875 per William Crookes). El CRT és la clau en els sistemes de televisió, en els oscil·loscopi s, i en les càmeres de televisió vidicón.

Descobriment dels raigs

El descobriment dels raigs catòdics, que es produeix durant els dècada del 1858 i 1859, va ser obra de l'matemàtic i físic alemany Julius Plücker (1801 - 1868), qui denominaria amb aquest nom als raigs que emanaven d'un llum de buit amb la qual es trobava treballant en aquell moment.

La naturalesa dels raigs segons Thompson

L'any 1897, el físic anglès Joseph John Thompson va estudiar el comportament i els efectes dels raigs catòdics. En les seves experimentacions observar que quan en un tub de vidre que porta soldar dos elèctrodes connectats a una gran tensió (de 2-10000 volt s) es fa el buit (aproximadament 0,001 mmHG), en produir una descàrrega s'aprecia una lluminositat o fluorescència verdosa en la paret localitzada enfront del càtode, que els investigadors van suposar que era deguda a l'existència d'uns raigs procedents de l'elèctrode negatiu, que van cridar raigs catòdics. Segons les observacions de Thomson, aquests raigs:

• Es propaguen en línia recta.
• Són desviats per camps elèctrics cap a la zona positiva.
• Són desviats per camps magnètics.
• Produeixen efectes mecànics, tèrmics, químics i lluminosos.
• Si es posa unes aspes davant, les fa girar

El físic anglès JJ Thomson, el 1897, en estudiar les propietats i els efectes dels raigs catòdics, va deduir inicialment el seu caràcter corpuscular i la seva naturalesa elèctrica negativa.

Un cop fet l'estudi de la relació càrrega/massa per a aquests partícules, es va obtenir sempre el mateix valor (1,758796 × 10 ¹¹ C/kg) fossin quins fossin les condicions en les que es produïssin els raigs i la naturalesa del gas tancat al tub. A proposta del físic irlandès George Johnstone Stoney, es va batejar a aquestes partícules amb el nom de electrons , suposant com partícules elementals de l'electricitat o, com es diu en l'actualitat, càrregues elèctriques elementals.

Posteriors investigacions de Milik, el 1913, i de Hopper i Labby, el 1941, van permetre obtenir el valor de la càrrega elèctrica que posseeixen, i també deduir la seva massa.

• Càrrega de l'electró : -1,602 × 10 ^-19 C
• Massa de l'electró : 9,1 × 10 ^-31 kg

Propietats i efectes dels raigs catòdics

Les principals propietats dels raigs catòdics són les mostrades a continuació:

• Els raigs catòdics surten del càtode perpendicularment a la seva superfície i en absència de camps elèctrics o magnètics es propaguen rectilínies.
• Són desviats per un camp elèctric, desplaçant cap a la part positiva del camp.
• Són desviats per camps magnètics.
• Produeixen efectes mecànics, la prova d'això és que tenen la capacitat de moure un molinet de fulls de mica que s'interposa en el seu trajectòria.
• Transformen el seu energia cinètica en tèrmica, elevant la temperatura dels objectes que s'oposen al seu pas.
• Impressionen plaques fotogràfiques.
• Exciten la fluorescència d'algunes substàncies, com poden ser el vidre o el sulfur de zinc.
• Ionitzen l'aire que travessen.

• 
  Tub de Crookes
• 
  Tub de Crookes operatiu
• 
  Raigs catòdics per camps magnètics 1.
• 
  Raigs catòdics per camps magnètics 2.

Vegeu també

• Tub de raigs catòdics

Bibliografia

• Naranjo Ornedo, Valery. Sistemes de Televisió. Universitat Politècnica de València, 1998. ISBN 84-772-1711-4. 
• Fidalgo Sánchez, José Antonio. Física i Química. Everest, 2005. ISBN 84-241-8205-7. 

Enllaços externs

• Fes d'electrons en camp magnètic i elèctric creuats
• Animació de les imatges anteriors el portal de física FizKapu (Hongarès)