Los Rayos catódicos y el experimento de J.J. Thomson

Como recordaran Thomson fue el descubridor del electrón, como en cada adelanto que se produjo en el conocimiento de la estructura electrónica del átomo hay un fenómeno físico que los científicos de la época estaban estudiando que esta relacionado, en este caso se trata de la descarga en gases. Si a un tubo se le hace el vacío y a dos electrodos en su interior se les da alta tensión en el ánodo (+) se produce una luminosidad azul verdosa. Muchas veces me he propuesto reproducir este fenómeno en casa, pero no es tan sencillo, el problema principal es hacer el vacío, se trata de de un vacío considerable de del orden de 10^-5 atmósferas que se puede conseguir con una bomba de difusión, eso obviamente no lo tengo ni en el laboratorio común de nuestros colegios hay. Asi es que como siempre hay que recurrir a materiales en desuso, buscar algo que ya tenga hecho ese vacío, pues muy simple, un tubo de TV o un tubo de monitor viejo son la solución, en mi caso tenía en el altillo de mi casa un viejo monitor monocromático de esos que ya no se usan mas, ni siquiera es VGA, utilizaba una placa llamada Hercules y es de la década del 80, el procedimiento que voy a mostrar puede usarse en algún TV monocromático que tengamos y estemos dispuestos a sacrificar en pos de la docencia, (Después puede volverse sin problemas al estado original).

Antes que nada debemos verificar que el monitor o tele que vamos a usar este funcionando, ya que vamos a usar el tubo y los componentes que hacen que el mismo funcione, la fuente de AT (Flayback) control de brillo y contraste, alimentación de filamentos, etc. Importante: Ojo porque adentro del tv hay muy alta tensión ver bien las fotos para no meter mas manos donde no debemos, además de tener sumo cuidado con los alumnos, no sea que alguno toque y quede duro.

La experiencia que vamos a hacer es la de mover el flujo de electrones del interior del tubo con un campo magnético, que fue lo que indujo a Thomson a concluir que esos rayos que provenían del cátodo no eran rayos X, sino otro tipo, conformados por partículas materiales que tenían carga negativa, recordar que los rayos X son ondas electromagnéticas que no modifican su trayectoria cuando pasan por un campo magnético o eléctrico, en cambio estos rayos catódicos si lo hacen.

Bueno a modificar el monitor, sacarle la cobertura plástica (verificar que se encuentre desconectado), identificar el TRC (tubo de rayos catódicos, ver fotos) es la pantalla, verán que tiene un cuello al final de este cuello hay un zócalo de donde salen un montón de cables.

Mas arriba, ese cuello tiene como un anillo plástico donde se ven arrolladas varias bobinas, se llama yugo, son las bobinas que hacen que el haz de electrones se abra y se vea en toda la pantalla, lo que vamos a hacer es sacar el zócalo de la punta con mucho cuidado, a veces suele estar pegado con un cemento plástico, despegarlo con cuidado sin dañar el tubo, una vez que sacamos el zócalo aflojamos un tornillo que tiene el yugo y con cuidado lo tiramos hacia atrás hasta sacarlo del cuello (también suele estar pegado con el cemento plástico), al yugo lo ponemos a un costado sin sacarle ni cortarle ningún cable. De esta manera vamos a encender el monitor y veremos que se produce en la pantalla solamente un punto central muy brillante, con el control de brillo bajarlo, porque si no puede dañarse la pantalla. Ahora solo nos queda conseguir un imán y verificar el desplazamiento del punto brillante según que polo acerquemos al cuello del TRC. Es un experimento sencillo pero bastante útil para mostrar que es un tubo de rayos catódicos, sus partes , la fuente de alta tensión y por sobre todo el efecto de los campos magnéticos y eléctricos sobre los rayos catódicos, si tienen además algún conocimiento de electrónica se podrá aplicar un campo eléctrico que dará resultados similares al magnético.

Precauciones: Para el profe que esta conduciendo el práctico, tener cuidado con el chupete de alta tensión que alimenta el ánodo del TRC, al imán acercarlo al tubo atravez de algún elemento aislante, no tocar nada cuando esté encendido el aparato. A los alumnos conviene colocarlos a todos frente a la pantalla una vez que se ha explicado y mostrado el tubo, fuente de alta tensión etc estando apagado, luego se los pasa frente a la pantalla para evitar que por accidente toquen algo del circuito que esta a la vista.

En el experimento de Thomson se veía sobre el ánodo la luminosidad, aca el ánodo esta encerrado en el tubo y no se ve, pero es un tejido metálico que permite que los electrones lo atraviesen e impacten sobre una pantalla química de fósforos que al impactar un electrón hace una chispa. Ver fotos.

Radiactividad en el aula

 

Pruebas con materiales radioactivos

 

Cuando nos toca enseñar en química la radioactividad, el átomo de Rutherford, etc, se nos complica encontrar un trabajo práctico adecuado. Mas, si uno piensa como yo hasta hace poco tiempo, que los materiales radioactivos solo están en oscuros laboratorios tipo bunquers con paredes de plomo y bajo llave, que solo tiene el jefe del pentágono.  La cuestión es, que no es tan así, resulta bastante fácil conseguir sustancias radioactivas inofensivas para la salud, pero que nos pueden servir para hacer algún trabajito sencillo.

Lo primero que tenemos que hacer es conseguir el material, en mi país es fácil conseguir las mechas de faroles tipo sol de noche, estas mechas en algunos lugares (no en Europa) se fabrican con oxido de torio, el Th es un material radioactivo que nos puede servir para alguna prueba. Otro elemento que nos puede ser de utilidad (con este se pueden hacer algunas pruebas mas que con las mechas) esta en los detectores de humo, estos tienen una plaquita de americio, que es un gran emisor de partículas alfa.

También podemos conseguir minerales en estado bruto que tienen las propiedades, por ejemplo la pechblenda, la tabernita, uraninnita, autunita, carnotita.

Además de estos hay muchos otros minerales que tienen elementos radioactivos, si uno tiene la posibilidad de comprar un contador Geiger (Hoy en día son muy accesibles, he comprado en e-Bay, uno de origen ruso a  U$A 55, el de las fotos) entonces es mas fácil detectar estos minerales.

Otro elemento que nos puede resultar útil es algún viejo reloj que tenga la abuela, antes la pintura fosforescente estaba hecha con radio, entonces la aguja y el cuadrante del reloj de la abuela pueden tener, ver imagen en sección fotos (pruebas con elementos radioactivos) yo tengo el cuadrante de un instrumento del panel de un avión de la década del 50 que tiene la pintura con el bromuro de radio. 

Bueno, que podemos hacer con los elementos, no es mucho, lo más simple es repetir la experiencia de Becquerel, haciendo la historia aquella de que por casualidad dejo el producto (pechblenda) cerca de unas placas fotográficas y quedaron veladas. Se puede conseguir fácilmente un trozo de papel fotográfico, se lo coloca en un sobre oscuro y sobre el mismo se asienta el material que hayamos conseguido. Se deja un par de días y se revela. Ver fotos. Algo simple y bastante didáctico resulta ver la penetración de las distintas radiaciones , recordar que las radiaciones alfa son poco penetrantes y pueden se detenidas con una hoja de papel, las beta son mas penetrante van a pasar fácilmente el papel, pero no pueden pasar una hoja fina de aluminio y las gama solo son detenidas por una lámina de plomo. Entonces si al material que conseguimos lo apoyamos directamente sobre el papel fotográfico imprimimos las tres radiaciones, si al papel lo ponemos en un sobre y apoyamos el material arriba, tendremos las beta y las gama, y si al papel fotográfico lo envolvemos con papel aluminio solo pasaran las gama. Ojo que no todos los elementos radioactivos tienen la misma cantidad de radiaciones alfa beta y gama

Hay un lindo experimento que no voy a describir, pero daré el link para que si consiguen el americio lo realicen, es la construcción del espintaroscopio (Suena raro no?) ver en el siguiente link.

www.cientificosaficionados.com/TBO/espintaroscopio/espintaroscopio.htm