Rayos catódicos para niños

Los rayos catódicos son como corrientes invisibles de partículas muy pequeñas que se mueven dentro de tubos de cristal especiales, llamados tubos de vacío. Estos tubos tienen al menos dos partes metálicas: una negativa, llamada cátodo, y una positiva, llamada ánodo.

Cuando el cátodo se calienta, libera estas partículas. Si las paredes del tubo detrás del ánodo están cubiertas con un material que brilla (fluorescente), se iluminan intensamente cuando las partículas las golpean. Si se coloca un objeto entre el cátodo y la pared brillante, se forma una sombra. Esto demostró a los científicos que los rayos vienen del cátodo y viajan en línea recta.

Los físicos estudiaron este fenómeno a finales del siglo XIX. En 1905, Philipp Lenard ganó un Premio Nobel de Física por sus investigaciones. Los primeros tubos que los produjeron fueron los tubos de Geissler. Más tarde, William Crookes desarrolló tubos especiales, conocidos como tubos de Crookes, para estudiarlos mejor.

Pronto se descubrió que estos rayos están hechos de electrones, que son las partículas que transportan la electricidad. Como los rayos salen del cátodo (la parte negativa), se confirmó que los electrones tienen una carga eléctrica negativa.

Los rayos catódicos se mueven en línea recta si no hay nada que los desvíe. Sin embargo, pueden ser desviados por campos eléctricos o magnéticos. Esto se logra colocando electrodos con bajo voltaje o imanes dentro del tubo de vacío. Esta idea fue clave para desarrollar el tubo de rayos catódicos (CRT), que se usó en televisores antiguos, osciloscopios y cámaras de televisión.

¿Quién descubrió los rayos catódicos?

El descubrimiento de los rayos catódicos ocurrió entre 1858 y 1859. Fue obra del matemático y físico alemán Julius Plücker. Él les dio este nombre a los rayos que salían de una lámpara de vacío con la que estaba trabajando.

¿Qué son los rayos catódicos según Thomson?

En 1897, el físico inglés Joseph John Thomson investigó cómo se comportaban los rayos catódicos. Observó que en un tubo de vidrio con dos electrodos conectados a un alto voltaje (entre 20.000 y 100.000 voltios), si se hacía el vacío casi completo, aparecía una luz verdosa en la pared frente al cátodo. Los investigadores pensaron que esto se debía a unos rayos que venían del electrodo negativo, y los llamaron rayos catódicos.

Según las observaciones de Thomson, estos rayos:

• Se mueven en línea recta.
• Se desvían si se acerca un imán, lo que crea un campo magnético.
• Producen efectos mecánicos, de calor, químicos y luminosos.
• Si se pone un pequeño molino de aspas delante, lo hacen girar. Esto demostró que los electrones tienen masa.
• Sus componentes, los electrones, son los mismos sin importar el gas que haya dentro del tubo. Esto significa que son universales.

J.J. Thomson dedujo que los rayos catódicos estaban formados por partículas con carga eléctrica negativa.

Después de estudiar la relación entre la carga y la masa de estas partículas, siempre se obtuvo el mismo valor (1,758796 × 10¹¹ C/kg). Esto era igual sin importar cómo se producían los rayos o el tipo de gas en el tubo. El físico irlandés George Johnstone Stoney propuso llamar a estas partículas electrones, considerándolas las "partículas básicas de la electricidad".

Más tarde, investigaciones de Millikan en 1913, y de Hopper y Labby en 1941, permitieron calcular el valor de la carga eléctrica y la masa de los electrones:

• Carga del electrón: -1,602 × 10^-19 C
• Masa del electrón: 9,1 × 10^-31 kg

Propiedades de los rayos catódicos

Las principales características de los rayos catódicos son:

• Salen del cátodo en línea recta, a menos que haya campos eléctricos o magnéticos.
• Son desviados por un campo eléctrico, moviéndose hacia la parte positiva de este campo.
• También son desviados por campos magnéticos.
• Pueden producir efectos mecánicos; por ejemplo, pueden mover un pequeño molinete de hojas de mica que se ponga en su camino.
• Convierten su energía cinética (energía de movimiento) en calor, aumentando la temperatura de los objetos que encuentran.
• Dejan una marca en las placas fotográficas.
• Hacen brillar (excitan la fluorescencia) a algunas sustancias, como el vidrio o el sulfuro de zinc.
• Ionizan el aire por el que pasan, lo que significa que le quitan o le añaden electrones a los átomos del aire.

Galería de imágenes

• 

  Tubo de Crookes

• 

  Tubo de Crookes operativo

• 

  Rayos catódicos por campos magnéticos 1.

• 

  Rayos catódicos por campos magnéticos 2.

Véase también

En inglés: Cathode ray Facts for Kids

• Rayo anódico