Rayos Catodicos

Rayos Catódicos

Práctica núm.

Nombre del alumno

Tiempo aproximado: 90 minutos

Fecha- - - : : ; ; - ; — • • > - •• • •

_____ Grupo

Proposito

1. Descubrir algunas propiedades de un hazde electrones dentro de un tubo de Crookes.

2. Observar el fenómeno de emisión electróni-ca conocido como efecto Edison o efectotermoiónico.

3. Explicar el efecto de un campo magnéticosobre un haz de electrones.

Introdiícciórv

En 1879, Crookes descubrió que cuando se aplnjaba un alto voltaje sobre un gas a baja presión |«((0.01-001 mm de Hg) la conducción ocurría más |fácilmente. Pudo detectar un haz luminoso que t|se movía del cátodo al ánodo, sin importar qué /

/gas se utilizara. A muy alto vacío, el haz no sel•{ detectaba. A este haz luminoso posteriormente/tse le llamó rayos Gaíód/cos<'g'e'/e1c/fb^és^A1gu-l̂ñas características observada's en ellos fueron:

a) Viajan en línea recta dentro de un tubo deCrookes a baja presión.

b) Son desviados por campos magnéticos.c) Producen fluorescencia en muchas sustan-

cias como el sulfuro de zinc (ZnS).

Thomas Alva Edison desarrolló el primer bulbode luz eléctrica, en el que se produjo el llamadoefecto Edison (emisión termoiónica), que consisteen la emisión de electrones por un filamento con-ductor calentado a altas temperaturas y al vacío,el cual sirvió como punto de partida para el desa-rrollo del bulbo electrónico moderno. Considera-do como uno de los grandes inventores de la his-toria, Edison también desarrolló el telégrafo do-ble, el fonógrafo, el microteléfono y la bateríaajc^lina, entre otros.

IEl experimento de J. J. Thomson (tubo de

Thomson) es una consecuencia de los resulta-dos obtenidos por Crookes y Edison. En él sedemostró que los rayos catódicos son electro-nes viajando del cátodo al ánodo. Desde el cátodose emiten los electrones (efecto Edison); estoselectrones con masa (m) y carga (e) eran acele-rados poruña diferencia de potencial. En ausen-cia de otra interacción, su trayectoria rectilínealos hacía incidir en una pantalla fluorescente.

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MANUAL DE PRÁCTICAS DE FISICOQUÍMICA

Material

Tubos de Crookes, tres modelos diferentes (sugerencia)Tubos de Crookes: con la cruz de Malta, con pantalla fluorescente, con arreglo floralTubo de ThomsonBobina Tesla (lapicero)Imán de barraImán de herradura

Medidas dé seguridad: No deben'usar el Testa alumnos>qüé padezcan arritmias;

Desarrollo experimental

Nota: los experimentos 1, 2 y 3 deben realizarse en total oscuridad en el salón de clase.

Experimento 1. Tubo de Crookes con cruz de Malta

1. Se coloca el tubo de Crookes sobre su base.2. Se conecta la bobina Tesla a la corriente alterna y se acerca con la punta al cátodo del tubo

(vea la figura 1).

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Objeto

Cátodo

Tubo de descarga de CrookesPara demostrar que los rayos catódicos sepropagan en linea recta.

Figura 1. Tubo de Crookes con cruz de Malta

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jbo

UNIDAD 1 • Estructura atómica y periodicidad

¿ntesta las siguientes preguntas:

cié observas al acercar la bobina Tesla?

leproduce algún olor?

De qué color es el arco eléctrico exterior?

d) ¿Por qué el color del arco?

e) ¿De qué tamaño y forma es la sombra?.

f) Basándote en la forma y tamaño de la sombra, ¿qué tipo de trayectoria sigue el haz?

Experimento 2. Tubo de Crookes con pantalla fluorescente

1, Se coloca el tubo de Crookes sobre su base.2. Se conecta la bobina al cátodo del tubo (véanse las figuras 2 y 3).

Figura 2. Tubo de Crookes con pantalla fluorescente

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MANUAL DE PRÁCTICAS DE FISICOQUÍMICA

3. Contesta las siguientes preguntas:

a) ¿Qué observas en la pantalla del tubo?

b) ¿Es fluorescencia, luminiscencia o fosforescencia el fenómeno que se observa en la pantalladel tubo?

c) Al acercar al tubo el polo norte de un imán de barra, ¿qué efecto produce sobre el haz lumino-so?

d) Al acercar al tubo el polo sur de un imán de barra, ¿qué efecto produce sobre el haz luminoso?

e) Al acercar al tubo el imán de herradura, ¿qué efecto produce sobre el haz luminoso?

f) A partir de las observaciones hechas en los experimentos (c, d, e), ¿qué puedes inferir conrespecto a la carga eléctrica de los electrones?

g) ¿De qué naturaleza es el flujo que permite que el imán se desvíe?

h) ¿Con qué está recubierta la pantalla?

i) ¿Cuáles son las características de esta sustancia para que se utilice?

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Figura 3. Partes de un tubo de Crookes con pantalla fluorescente

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UNIDAD 1 • Estructura atómica y periodicidad

Experimento 3. Tubo de Crookes con arreglo floral

1. Se coloca el tubo de Crookes sobre su base.2. Se conecta la bobina Tesla a la corriente alterna y se acerca con la punta a el cátodo del tubo

(véase la figura 4).

Figura 4. Tubo de Crookes con arreglo floral

3. Contesta las siguientes preguntas:

a) Al llegar los rayos al ramillete se observa luminosidad. ¿Por qué se observan diferentes coloresen el arreglo foral?

b) ¿A qué crees que se deban los diferentes colores en el ramillete?

Experimento 4. Efecto Edison (iermoiónico)

1. Se conecta el tubo de rayos catódicos (tubo de Thomson, véase la figura 5).2. Se conecta a corriente alterna.3. Se acciona el botón ON.4. Espera aproximadamente cinco minutos, hasta observar en la pantalla del tubo de Thomson

una mancha brillante (haz de electrones).

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MANUAL DE PRACTICAS DE FISICOQUÍMICA

CátodoPantalla

• Rayos catódicos

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Ánodo

Figura 5. Tubo de descarga con pantalla fluorescente

5. Contestar las siguientes preguntas:

a) ¿Por qué es necesario esperar máximo cinco minutos antes de observar el haz de electronesen la pantalla del tubo de Thomson?

b) ¿Qué son los rayos X, cómo se producen y qué utilidad tienen?.

c) ¿Qué tipo de radiación se produce cuando es frenado un haz de electrones repentinamente?

d) Los electrones están ligados a la estructura interna del átomo; para desprenderlos de un metal,por ejemplo, se requiere un mínimo de energía. ¿Qué nombre recibe esta energía?

e) ¿Cuál es la función de cada elemento del aparato empleado?

f) ¿Cuáles son las variables que podemos identificar en este fenómeno?.

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UNIDAD 1 • Estructura atómica y periodicidad

q) Describe el circuito óptico equivalente al circuito eléctrico.

h) Menciona cinco elementos indispensables en la construcción del aparato y por qué son necesa-- rias.

Análisis

1. ¿Qué está produciendo la bobina Tesla?

2. ¿Qué aplicaciones tienen los tubos de Crookes en la actualidad?.

3. ¿Por qué los tubos deben estar sellados?

Conclusiones

Anota tus conclusiones sobre la práctica.

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MANUAL DE PRÁCTICAS DE FISICOQUÍMICA

i:

Cruz-Garritz, D. et al., Estructura atómica, México, Fondo Educativo Interamericano, 1986.Giancoü, Douglas C., Física. Principios con aplicaciones, México, Prentice Hall Hispanoamericana, 2000.Liptrot, G. F., Química inorgánica moderna, México, CECSA, 1986.

Anota la bibliografía que consultaste.

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