Física y Quimica

Rayos catódicos

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En 1800 Alessandro Volta construyó la primera pila, con lo que el misterioso "fluido eléctrico" resultaba, a partir de entonces,  accesible para su estudio.

El estudio de la conductividad de los gases (realizada a lo largo del s. XIX) proporcionó grandes sorpresas.

A presión ordinaria los gases no conducían la corriente eléctrica, pero si se extraía gas del tubo (con la consiguiente reducción de su presión) aparecían una serie de curiosos fenómenos. Así cuando la presión era de unos  5 mm de Hg el tubo emitía luz cuyo color dependía del gas que llenara el tubo. A 0,1 mm de Hg aparecían franjas luminosas y oscuras, y cuando la presión era de tan solo 0,001 mm de Hg una misteriosa luminosidad verde aparecía en la zona del tubo opuesta al cátodo.

El estudio de esta luminosidad tuvo una importancia crucial en el desarrollo de la ciencia. Pronto se demostró que los rayos procedían del electrodo negativo, o cátodo, con lo que fueron bautizados con el nombre de "rayos catódicos".

Los rayos catódicos tenían ciertas similitudes con los luminosos: los objetos interpuestos producían sombras, se propagaban en línea recta... etc, pero también diferencias: un campo magnético no tiene ninguna influencia sobre los rayos luminosos y, sin embargo, desvía los rayos catódicos, mostrando que tenían carga eléctrica negativa.

La "escuela alemana" (con Hertz como personalidad más destacada) consideraba que los rayos catódicos eran ondas similares a las luminosas, mientras que los científicos ingleses (Davy, Perrin...) se inclinaban por una explicación corpuscular. En este contexto los experimentos de Joseph John Thomson fueron determinantes:

  • En 1894 informó de que la velocidad de los rayos catódicos era muy inferior a la de la luz, lo que ponía a la hipótesis ondulatoria en una difícil situación. Una onda electromagnética debería propagarse a la velocidad de la luz.

  • En 1897, en una conferencia dada en la Royal Society, enunciaba las dos hipótesis básicas que sustentaban sus investigaciones:

    1. El tamaño de los portadores tiene que ser pequeño en comparación con las dimensiones de los átomos o moléculas ordinarias.

    2. Los portadores son los mismos, cualesquiera que sea el gas utilizado en el tubo de descarga.

Segun J.J. Thomson los rayos catódicos estaban formados por "pequeños portadores", dando la razón a los defensores de la naturaleza corpuscular de los mismos:

"La suposición de que exista un estado de la materia más finamente subdividido que los átomos de un elemento es una hipótesis sorprendente"

Una vez confirmada la existencia de los minúsculos portadores con carga eléctrica negativa (para lo que fue necesario determinar la relación e/m de los mismos) se les bautizó con el nombre de electrones, nombre acuñado por G.H. Stoney en 1891 para lo que él consideraba entonces como las "unidades básicas de electricidad".

El descubrimiento del electrón tuvo como consecuencia la revisión del concepto de átomo como partícula fundamental e indivisible. Los átomos dejaron de serlo (etimológicamente "átomo" significa sin partes). En su interior existían otras partículas más pequeñas, pero no serían las únicas, los protones y neutrones no tardarían en mostrase al mundo.

J.J. Thomson (1656-1940)

G.H. Stoney (1826-1911)