Tubos de rayos catódicos en su hogar
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Es posible que haya utilizado un tubo de rayos catódicos incluso si nunca ha oído hablar de él hasta que leyó esta lección. Antes de que los televisores LCD y de plasma se convirtieran en algo común, la mayoría de la gente usaba televisores de tubo de rayos catódicos (CRT) más voluminosos. El CRT de un televisor se utiliza para mostrar imágenes en su pantalla. Sin embargo, los tubos de rayos catódicos se han utilizado para algo más que entretenimiento. Fueron los tubos de rayos catódicos los que permitieron al físico inglés JJ Thomson descubrir la existencia de electrones en 1897.
Cómo funcionan los tubos de rayos catódicos
Antes de ver cómo JJ Thomson usó el tubo de rayos catódicos para descubrir el electrón, necesitamos saber cómo funciona un tubo de rayos catódicos. Veremos un CRT básico como el que habría usado JJ Thomson, como se ve en el diagrama a continuación.
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El CRT consta de varios elementos que comienzan con un tubo que está sellado al vacío para evitar que entre aire. En un lado del interior del tubo hay un cátodo y un ánodo. El cátodo es un conductor con carga negativa y el ánodo es un conductor con carga positiva. Los electrones, que tienen carga negativa, fluyen del cátodo y son atraídos hacia el ánodo. Un pequeño orificio en el ánodo permite que algunos electrones pasen a través de él, creando un haz de electrones. En el lado opuesto del tubo hay una capa que brilla cuando son golpeados por los electrones. Esto permitió a JJ Thomson ver dónde estaba impactando el haz de electrones.
Por supuesto, antes de su experimento, no sabíamos que existían los electrones. Entonces, nadie lo llamaba haz de electrones. En cambio, lo que fluía del cátodo hacia el ánodo se llamaba «rayos catódicos». De ahí el nombre de tubo de rayos catódicos .
Los tres experimentos
El descubrimiento de los electrones por JJ Thomson no sucedió de una vez. En cambio, fue un resultado que se construyó lentamente a lo largo de tres experimentos diferentes. Antes de los experimentos de Thomson, ya se había descubierto que los rayos catódicos depositan una carga eléctrica. Esto se hizo colocando un electrómetro en el extremo opuesto del cátodo y el ánodo. Cuando los rayos catódicos inciden en el electrómetro, mide una carga eléctrica.
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El primer experimento se realizó para ver si la carga estaba separada de los rayos catódicos. Thomson usó un imán para desviar los rayos catódicos de los electrómetros. Cuando hizo esto, descubrió que los electrómetros dejaban de medir la carga eléctrica. De esto dedujo que la carga eléctrica y los rayos catódicos deben combinarse y no ser entidades separadas.
A continuación, JJ Thomson se propuso determinar si la carga transportada por los rayos catódicos era negativa o positiva. Para hacer esto, usaría un campo eléctrico. Puso una placa de metal con carga negativa en un lado de los rayos catódicos que dejaban pasar el ánodo y una placa de metal con carga positiva en el otro lado. En lugar de un electrómetro en un extremo del CRT, ahora tenía una capa fluorescente que brillaría donde el rayo catódico lo golpeara. Cuando se introdujeron las placas de metal cargadas, descubrió que los rayos catódicos se doblaban hacia la placa positiva y se alejaban de la placa negativa. Esto mostró que la carga transportada por los rayos catódicos era negativa.
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A partir de sus dos primeros experimentos, JJ Thomson había llegado a la conclusión de que los propios rayos catódicos consistían en partículas cargadas negativamente. Quería saber más sobre las propiedades físicas de estas partículas, como su masa. Si bien no había forma de que él midiera la masa de estas diminutas partículas directamente, podía hacer un experimento que midiera su relación masa / carga ( masa / carga ) al observar cuánto se doblaban los rayos catódicos mientras viajaban a través de diferentes fuerzas. de campos eléctricos y magnéticos.
Lo que JJ Thomson encontró con la relación masa-carga fue que las partículas que forman los rayos catódicos deben ser más pequeñas que un solo átomo o cada partícula individual debe tener una carga masiva. En ese momento decidió que era lo primero, y nombró corpúsculos a estas nuevas partículas . Más tarde, otros científicos respaldarían esta afirmación con más experimentos, y los corpúsculos cargados negativamente de JJ Thomson finalmente recibieron el nombre de electrones .
Resumen
En el transcurso de tres experimentos, JJ Thomson descubrió la existencia de electrones. Lo hizo usando un tubo de rayos catódicos , que es un tubo sellado al vacío con un cátodo y un ánodo en un extremo que crean un haz de electrones que viaja hacia el otro extremo del tubo. En el primer experimento de Thomson, descubrió que los rayos catódicos y la carga que depositaban estaban intrínsecamente vinculados. En el segundo experimento, descubrió que la carga de los rayos catódicos era negativa. Dedujo que los rayos catódicos estaban formados por partículas cargadas negativamente. Finalmente, en el tercer experimento, encontró que estas partículas eran más pequeñas que un átomo. Llamó a estas partículas corpúsculos , pero finalmente fueron renombradas como electrones..
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Glosario
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JJ Thomson : un físico inglés que utilizó rayos catódicos para descubrir la existencia de electrones en 1897.
Tubo de rayos catódicos (CRT) : un tubo sellado al vacío en el que los electrones fluyen desde el cátodo hacia el ánodo y lo atraviesan para crear un haz.
Corpúsculos : el nombre de JJ Thomson para las partículas (más pequeñas que un átomo) que, según él, componen los rayos catódicos.
Electrones – el nombre dado más tarde a los corpúsculos de JJ Thomson; partículas cargadas negativamente de un átomo
Los resultados del aprendizaje
Después de ver esta lección, debería poder explicar la contribución de JJ Thomson a la ciencia utilizando el CRT.
Área Superficial y Volumen de un Tubo: Ecuación y Cálculo
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