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Tubos de rayos catódicos

En este experimento se utilizan tres tubos de descarga para ver varias propiedades de los rayos catódicos y de los electrones.
Mediante imanes se demuestra que los rayos catódicos están formados por cargas eléctricas en movimiento y con el molinillo se puede demostrar que las partículas tienen masa.



Enlace al guión de laboratorio.




Material

- Carrete de Ruhmkorff y fuente de alimentación
- Tubos de rayos catódicos recto
- Tubos de rayos catódicos de pantalla con cruz
- Molinete de electrones
- Soportes para los tubos
- Cables y pinzas para conexiones
- Imán

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Los carretes de Ruhmkorff son un transformador de alta tensión con sus dos bobinados y un interruptor electromagnéticoque, al abrirse y cerrarse, provoca una descarga intermitente. En equipos modernos suele haber carretes de Ruhmkorff falsos en cuyo interior hay un bobinado de la alimentación del encendido de una moto y que funcionan bastante peor.
Otros modelos tienen en el interior de la caja un circuito que genera descargas de alta tensión y alta frecuencia. Suelen funcionar mejor que los de encendido de moto, pero los mejores son los Ruhmkorff auténticos, los de diseño antiguo.
Se pueden conseguir estos tubos de descarga a buen precio en las grandes tiendas de Internet. Muchas empresas de material didáctico también las suministran, pero a precios más elevados.
Si el imán es de neodimio, con campo intenso, los resultados son más espectaculares.



Comentarios a la preparación del montaje

Los tubos de estos experimentos tienen hecho el vacío pero pierden estanqueidad con el uso. Hay que probarlos siempre antes de trabajar.
Si el tubo se conecta con la polaridad invertida, sólo se observarán unos pocos puntos luminosos; si se conecta correctamente se obtendrá un rayo de cargas que genera sobre el material luminiscente una franja luminosa.
El tubo no se estropea por conectarlo al revés.


Aspectos didácticos


Este trabajo pretende:

- Montar un sistema de tubo de descarga con alimentación de alta ddp.
- Comprobar que los rayos catódicos se desplazan en línea recta pero se desvían al entrar en un campo magnético, luego no son luz.
- Comprobar que los rayos catódicos pueden empujar una masa y hacerla moverse en poco tiempo, luego tienen masa.
- Interpretar las zonas luminosas difusas que se forman en los tubos como pequeñas auroras boreales.

Las chispas del carrete y su funcionamiento con alta ddp no suponen gran peligro, sólo molestas descargas si se toca el circuito. Es un buen momento para insistir en que la peligrosa es la intensidad de corriente y hay que tener mucho más cuidado con una batería de coche que con este sistema.
La presión de radiación, descrita por Einstein, también explica un efecto de cantidad de movimiento sobre una masa pero con una magnitud muy inferio, que no podría mover las palas del molinete.
La desviación de los chorros de cargas en presencia del campo magnético son un buen ejemplo del efecto de la Fuerza de Lorentz. Se puede aprovechar el experimento sobre el tubo recto para aplicar su regla del producto vectorial F = q (vxB) recordando que, en este caso, la carga es negativa. Para estudiar la desviación del chorro de cargas lo más simple es acercar el imán desde arriba o desde abajo. Para detectar el polo N y S hará falta una brújula.
Los tubos contienen algo de aire, pero muy enrarecido. Estas condiciones son semejantes a las de la alta atmósfera, de ahí la luminiscencia difusa que se produce en los puntos de mayor concentración de cargas, semejante a las auroras.
Si se han visto previamente los espectros del nitrógeno y del oxígeno en tubos de descarga, se podrá ver la semejanza de algunos de los colores de esas luces.



Partes del tubo de rayos recto.

Montaje completo.

Tubo en funcionamiento.

Haz de electrones desviado por un campo magnético.

Choque del haz de electrones sobre el material luminiscente.

Choque del haz de electrones sobre el material luminiscente.

Partes del tubo de rayos con pantalla.

Montaje completo del tubo de rayos con pantalla.

Gases emitiendo luz
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Gases emitiendo luz

Gases emitiendo luz

Gases emitiendo luz en el molinillo de electrones.

Gases emitiendo luz en el molinillo de electrones.
Tubo recto de rayos catódicos y efecto del campo magnético.
Tubo de rayos catódicos con pantalla y efecto del campo magnético
Impacto del haz de electrones sobre las aspas del molinillo.
Gas emitiendo luz en el extremo del tubo recto de rayos catódicos

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