Aparatos para la enseñanza de las leyes físicas del siglo XIX

LOZANO, E. Elementos de Física.

Laboratorio Física del I.E.S. Ibáñez Martín

TUBOS DE CROOKES

COLECCIÓN Electricidad

FUNCIONAMIENTO

Los cinco tubos de Crookes de la colección permiten poner de manifiesto diversos efectos y propiedades de los rayos catódicos y de los rayos canales. Los tubos contienen gas altamente enrarecido, es decir, la presión de gas en el interior es extraordinariamente baja. El tubo (a) sirve para mostrar la naturaleza corpuscular de los rayos catódicos. Consta de un molinillo encerrado en un globo esférico y dos electrodos planos enfrentados en uno de sus hemisferios, de tal manera que los rayos catódicos inciden sólo sobre las paletas situadas en ese lado y, debido a su carácter corpuscular, son capaces de mover las paletas del molinillo. El tubo (b) es un tubo de rayos canales o positivos o tubo Goldstein. Posee un cátodo perforado y, como su nombre indica, permite observar los rayos canales, que atraviesan los orificios del cátodo produciendo una luminiscencia característica al chocar contra el extremo del tubo. El tubo (c) sirve para mostrar los efectos caloríficos que el haz catódico produce al chocar con un obstáculo fijo que se encuentra en el centro del tubo. El obstáculo es una placa de  platino que, debido a la elevada temperatura conseguida, se pone incandescente. El tubo (d) se utiliza para estudiar la desviación de los rayos catódicos en presencia de un imán. Este tubo es alargado y es recorrido por una pantalla fluorescente, que permite ver los rayos mientras atraviesan el tubo transversalmente. De esta forma podemos observar la desviación cuando aproximamos el imán. El tubo (e) tiene forma esférica y posee dos ánodos en posiciones enfrentadas, pudiéndose observar la trayectoria de los rayos, por su luz coloreada, desde el cátodo a cualquiera de los otros dos electrodos que se use como ánodo.

EXPERIENCIA

El electrón se pudo descubrir gracias a los fenómenos observados en los tubos de rayos catódicos, como los de la imagen, que es un tipo concreto de tubo llamado de Crookes. Se utilizará un tubo de Crookes en el que se ha practicado el vacío. Las paredes del tubo están cubiertas con sustancias fosforescentes que emiten luz cuando llegan radiaciones. También están cubiertas de sustancias fluorescentes. Utilizaremos también un carrete de Rumkhorff que proporciona una salida de unos 2.000 voltios. Si hacemos funcionar el carrete de R. se "verá" con los ojos como circula la corriente debido a las sustancias fosforescentes. Esta corriente se puede desviar con un imán. Si el voltaje es muy alto saltará una chispa.     Si hacemos cálculos algo más complejos podemos saber la masa del electrón. Por ejemplo, si el electrón parte con velocidad inicial cero y llegan al ánodo con cierta velocidad, es evidente que se le ha aplicado una aceleración que es An=(qE)/m. q= carga y m=masa del electrón, E=campo eléctrico, V=d.d.p. entre cátodo y ánodo. La energía cinética que adquiere el electrón es q·V=0,5·m·v2. Este electrón  de carga q se mueve  con una velocidad v dentro del campo magnético B creado por las bobinas próximas al tubo. La fuerza que se  imprime al electrón es La fuerza F es perpendicular a v y a B, y también a la aceleración normal An     y y la velocidad es si operamos la ec. de la velocidad con la ec del radio tenemos      

R es el radio de curvatura de la trayectoria del electrón que es constante en todo su camino. D es el diámetro de la trayectoria circular de los electrones. Se ha hecho el cambio de la denominación de la carga q del electrón por la de e.

PROPIEDADES DE LOS RAYOS CATÓDICOS 1ª. Los rayos catódicos se propagan en línea recta a la superficie del cátodo que los emite. Para ello debe practicarse el vacío en el tubo. 2ª. Transportan la electricidad negativa. Esto se demuestra de la siguiente manera: los electrones emitidos por el cátodo son recibidos en el interior de un cilindro de Faraday conectado a un electroscopio. 3º. Los rayos catódicos los desvía un imán o un cuerpo electrizado. 4º. Son capaces de producir trabajo. El ánodo-pantalla desprende calor por la energía que poseen los rayos catódicos. 5º. Ionizan los gases, es decir, hacen que sean conductores. 6º. los obstáculos alcanzados por los rayos catódicos vienen a ser la fuente de radiaciones nuevas: los rayos X.

BIBLIOGRAFÍA

DELGADO, Mª ÁNGELES, LÓPEZ, J. DAMIÁN Y OTROS: La recuperación del material científico de los gabinetes y laboratorios de Física y de Química de los institutos y su aplicación a la práctica docente en secundaria, en XXI Encuentros de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Servicio editorial UPV, 2004, pp.361-380.

TURPAIN, ALBERTO: Tratado teórico-práctico de física. Casa editorial Araluce. Barcelona 1931

LOZANO, E. Elementos de Física. Tobella, Costa y Piñol, impresores. Barcelona.,1896, pág.480-483.

Instrumentos científicos para la enseñanza de la Física. Ministerio de Educación, Cultura y Deporte, Secretaría General Técnica, Madrid, 2000., pág. 152.

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