Pesquisa sobre tubos de Raios Catódicos, Pesquisas de Teoria de Campo Eletromagnético. Universidade de Taubaté (Unitau)
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Pesquisa sobre tubos de Raios Catódicos, Pesquisas de Teoria de Campo Eletromagnético. Universidade de Taubaté (Unitau)

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Trabalho completo sobre os raios catódicos, tubos de ensaios, descobertas e a transformação da descoberta para o uso diário atual.
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INTRODUÇÃO A propriedade de produzir fluorescência a partir de certos materiais tornou os

tubos de raios catódicos a base técnica de televisores e outros aparelhos, como

osciloscópios e telas de radar. Raios catódicos são radiações compostas de elétrons

que se originam no interior de tubos cheios de gás rarefeito (tubos de Crookes) e

submetidos a uma diferença de potencial elétrico entre suas extremidades

metálicas, ou pólos.

Os elétrons emergem do pólo positivo do eletrodo, chamado catodo, e se

propagam na forma de um feixe de partículas negativas. A pesquisa dos raios

catódicos teve início em 1838, quando Michael Faraday começou a estudar as

descargas elétricas em gases submetidos a baixas pressões. A pesquisa alcançou

maior desenvolvimento depois que o alemão Heinrich Geissler conseguiu construir

tubos de vidro selados que continham eletrodos de metal. Com esses tubos, o

matemático e físico alemão Julius Plücker realizou, em 1858, uma série de

experiências. Plücker notou que, próximo ao catodo, formava-se uma luminescência

de cor verde e, mais ainda, que sua posição variava com a proximidade de campos

magnéticos.

Estudos posteriores realizados pelo físico alemão Eugen Goldstein

mostraram que a luminosidade era provocada por raios que partiam do catodo e

atravessavam o tubo em linha reta, em direção perpendicular à superfície do catodo.

Por essa razão, Goldstein chamou essas radiações de raios catódicos. Com base

na descoberta de Goldstein foram construídos, mais tarde, catodos côncavos com a

finalidade de produzir raios dirigidos e concentrados, fundamentais na realização de

numerosas experiências. Por volta de 1878, William Crookes concluiu que os raios

catódicos são formados de feixes de partículas com carga negativa, emitidas do

catodo com velocidade muito alta. O fato foi comprovado em 1879 pelo físico

Joseph John Thomson, que demonstrou serem as radiações desviadas pela ação

de campos elétricos. Os raios catódicos produzem ionização nos gases que

atravessam, causam fluorescência nas paredes de vidro dos tubos de Crookes e em

algumas substâncias como o sulfato de zinco. Além disso, têm baixo poder de

penetração, aquecem as superfícies sobre as quais incidem e são independentes da

natureza do gás existente no tubo.

Desenvolvimento A luminescência esverdeada que aparece na parede do tubo de Crookes

sempre aparece no lado oposto ao catodo, em frente a este. Mudando-se a posição

do catodo e a do anodo, de todas as maneiras possíveis, ela sempre aparece em

frente ao catodo. Concluímos então que a luminescência é produzida por alguma

coisa que sai do catodo, atravessa o tubo, e se choca com a parede de vidro.

Quando este fenômeno foi descoberto, deu-se o nome muito vago de raios

catódicos a essa coisa que sai do catodo, isso porque sua natureza era inteiramente

desconhecida.a. Natureza dos raios catódicos Depois de alguns anos que os raios

catódicos foram descobertos, o estudo de suas propriedades mostrou claramente

que eles são constituídos de partículas que possuem carga elétrica e massa

mecânica muito pequenas. Observou-se também que essas partículas são todas

iguais, independentemente do metal do que é feito o catodo ou o anodo. Concluiu-

se então, que essas partículas emitidas pelo catodo entram na constituição de todos

os corpos. Elas foram chamadas elétrons. Os raios catódicos são elétrons, que são

arrancados do catodo por causa da diferença de potencial existente entre o catodo

e o anodo, e são atraídos pelo anodo.b.

Propriedades dos raios catódicos 1a) Produzem luminescência nos corpos com que se chocam, como por

exemplo, na parede do tubo. Foi esta propriedade que permitiu sua descoberta. A

emissão dessa luz se explica do seguinte modo: os elétrons que constituem os raios

catódicos, quando encontram o vidro, possuem grande energia cinética. Com o

choque, eles perdem essa energia cinética, comunicando energia aos elétrons dos

átomos do vidro; estes elétrons são então acelerados. E já sabemos que uma carga

elétrica acelerada emite onda eletromagnética. Os elétrons do vidro emitem então,

onda eletromagnética cujo comprimento de onda está nos limites da luz, isto é, onda

eletromagnética visível.

2a) Propagam-se com grande velocidade, que varia desde um limite inferior

de uns 100 Km/seg até um limite superior próximo da velocidade da luz (300.000

Km/seg). A velocidade é maior quanto maior for a diferença de potencial aplicada

entre o anodo e o catodo.

3a) Propagam-se aproximadamente em linha reta. Costuma-se demonstrar

esta propriedade construindo-se um tubo de Crookes em que o anodo seja uma

cruz. Quando o tubo funciona em uma câmara escura nota-se na parede do tubo a

sombra da cruz, indicando que os elétrons se propagam aproximadamente em linha

reta; os que foram barrados pela cruz produziram sua sombra. A figura a é fotografia

de um desses tubos. A figura b é fotografia de um desses tubos funcionando; esta

fotografia foi tirada em uma câmara escura, com a própria luz emitida pela parede

do tubo devido ao choque dos raios catódicos.

Esta propriedade também pode ser demonstrada com o tubo da figura abaixo.

O catodo é o círculo central, e há dois anodos: um é a estrela, o outro é um disco

com falta de uma estrela no meio. Quando o tubo funciona numa câmara escura, se

nota, no lado direito a sombra da estrela; no lado esquerdo, uma estrela luminosa,

produzida pelos raios catódicos que passaram pela parte central do disco.

4a) Atravessam pequenas espessuras de materiais. Por exemplo, a cruz da

figura a seguir deve ter de 1 a 2mm de espessura, senão é atravessada pelos

elétrons.

5a) Para demonstrar que os raios catódicos são constituídos de partículas

que possuem energia cinética, constrói-se um tubo que tenha, entre o anodo e o

catodo, uma hélice que possa girar facilmente. Quando o tubo funciona, a hélice é

empurrada do catodo para o anodo, devido ao impacto dos raios catódicos. A figura

abaixo é fotografia de um desses tubos, em que a hélice é feita de vidro.

6a) São desviados por um campo elétrico ou por um campo magnético. Por

um campo elétrico, porque os elétrons, tendo carga elétrica, ficam sujeitos à força

nesse campo. Por um campo magnético, porque os elétrons em movimento

constituem uma corrente elétrica; e já sabemos que uma corrente elétrica é sujeita

a forças num campo magnético.

O desvio dos raios catódicos nos campos elétricos e magnéticos sugeriu um

método para a medida da carga elétrica e da massa do elétron.c. Aplicações dos

raios catódicos Os raios catódicos permitiram a descoberta do elétron, fato que

constituiu a origem da Física Atômica. Eles permitem a medida da carga elétrica e

da massa do elétron, que são dados muito importantes para a Física moderna. Na

indústria e na técnica suas aplicações crescem dia a dia. Assim, a imagem fornecida

pelos aparelhos de televisão é dada por um tubo de raios catódicos

CONCLUSÃO Por volta de 1887 um cientista inglês chamado Joseph John Thomson fez

experiências com tubo de raios catódicos, e concluiu que os raios catódicos são na

verdade, constituídos pelo fluxo de partículas menores que o átomo e dotadas de

carga elétrica negativa. Estava descoberto o elétron. Tubos de raios catódicos: São

tubos de vidro que contém nas duas pontas extremidades metálicas (chamadas de

eletrodos) ligadas a uma bateria. Quando a pressão dentro desse tubo é diminuída,

o gás entre os eletrodos transmite certa luminosidade (Você verá um tubo desses se

olhar para a lâmpada fluorescente, que tem na sua casa ou escola), mas quando

abaixarmos muitíssimo a pressão (cerca de 100mil vezes a pressão ambiente) a

luminosidade desaparece, restando apenas uma mancha luminosa atrás do pólo

positivo (chamado de raio catódico). Obs: Os raios catódicos são formados

independentes do tipo de gás utilizado. O tubo de raios catódicos consiste em

produzir uma descarga elétrica, através de um gás em baixa pressão, aplicando-se

uma grande diferença de potencial entre os dois eletrodos colocados dentro do

mesmo. Quando o gás do tubo for conservado a uma pressão menor que a milésima

parte da pressão atmosférica, não são mais observados os efeitos visíveis dentro do

tubo, mas é percebida uma mancha luminosa na parede do tubo diretamente oposto

ao catodo. A aproximação de um imã perto do feixe luminoso provoca a sua

deflexão, permitindo conhecer a sua carga elétrica.

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