Tubos De Rayos Catódicos

Proyecto de física II

Deyanira Babilonia

Jesús Clavijo

Luz Adriana Giraldo

María González

Katiana Martínez

Adolfo olmos

Resumen

La electrónica es el estudio de diferentes aspectos de los intervalos que aparecen en la rama de la electricidad, y conforme descubres esos intervalos te vas enterando o te vas dando cuenta de las razones o el porqué de cosas en temas de tecnología que nosotros no entendemos, pero que diariamente las vemos y utilizamos sin darnos explicación de cómo funciona o porque se da. En este informe se habla sobre un tema asociado a la tecnología y a la rama de la electrónica, que básicamente, las personas utilizamos mucho sin darnos cuenta de su existencia. Se hablara de lo que son los “tubos de rayos catódicos

Objetivos

Comprobar experimentalmente que el campo magnético ejerce fuerza sobre cargas eléctricas en movimiento.

Introducción

El tubo de rayos catódicos (TRC o CRT) es una válvula o tubo electrónico en el que un haz de electrones se enfoca sobre un área pequeña de una superficie emisora de luz que constituye la pantalla y cuya intensidad y posición sobre ella pueden

variarse. Originalmente se conoció como “tubo de Braun” “El tubo de rayos catódicos tiene su origen en el “tubo de Crookes , una forma primitiva de de un tubo de descarga de baja presión, cuyo cátodo era un disco plano de aluminio en un extremo del tubo y el ánodo un alambre en uno de los lados del tubo, fuera de la zona del haz electrónico. El tubo se utilizó para estudiar los rayos catódicos.

En televisión, el tubo de rayos catódicos se designa frecuentemente como tubo de imagen o simplemente como pantalla y tiene características particulares para esta aplicación, distintas a las de los tubos de rayos catódicos utilizados en los osciloscopios, en particular su forma, dimensiones y método de deflexión del haz electrónico.

En el tubo de rayos catódicos, un cañón electrónico produce y confina un haz de electrones que envía hacia una pantalla recubierta de material luminiscente, de forma que cuando los electrones chocan contra ella emite luz cuya intensidad o brillo, es proporcional a la cantidad y velocidad de los electrones incidentes. En otras palabras, la energía cinética del haz electrónico se transfiere al material de la pantalla convirtiéndose en energía luminosa. Entre el cañón electrónico y la pantalla se tiene un sistema deflector constituido por bobinas colocadas en el exterior del tubo, para desviar el haz electrónico horizontal y verticalmente. A diferencia del sistema de deflexión magnética usado en televisión, los osciloscopios emplean deflexión electrostática, desviando el haz electrónico mediante plazas horizontales y verticales colocadas en el interior del tubo. El brillo puede variarse, si se varía la densidad del haz electrónico mediante una rejilla de control, cuya acción es similar a la que se tiene en un tríodo u otras válvulas como el tetrodo o el pentodo.

Materiales

Tubo de rayos catódicos, carrete de Ruhmkorff, transformador, rectificador AC-DC, barra de imán, cables de conexión, interruptor y Tubo de Crookes

Marco teórico

Entre los experimentos con electricidad había algunos que tenían que ver con enviar corrientes eléctricas a través de tubos de vidrio que contienen diferentes

clases de gases. Cuando la corriente se encendía, el electrodo negativo, o cátodo, se iluminaba con una extraña luz verde, y en forma similar, un punto brillante verde aparecía en la pared opuesta del tubo. Era claro que algo estaba viajando en línea recta a través del tubo, a partir del cátodo; este "algo fue llamado rayo catódico.

Los rayos catódicos son corrientes de electrones observados en tubos de vacío, es decir los tubos de cristal que se equipan por lo menos con dos electrodos, un cátodo (electrodo negativo) y un ánodo (electrodo positivo) en una configuración conocida como diodo. Cuando se calienta el cátodo, emite una cierta radiación que viaja hacia el ánodo. Si las paredes internas de vidrio detrás del ánodo están cubiertas con un material fosforescente, brillan intensamente. Una capa de metal colocada entre los electrodos proyecta una sombra en la capa fosforescente. Esto significa que la causa de la emisión de luz son los rayos emitidos por el cátodo al golpear la capa fosforescente. Los rayos viajan hacia el ánodo en línea recta, y continúan más allá de él durante una cierta distancia.

Los tubos especiales fueron desarrollados para el estudio de estos rayos por William Crookes y se los llamó tubos de Crookes. Pronto se vio que los rayos catódicos están formados por los portadores reales de la electricidad que ahora se conocen como electrones. El hecho de que los rayos son emitidos por el cátodo, es decir el electrodo negativo, demostró que los electrones tienen carga negativa.

Los rayos catódicos se propagan en línea recta en ausencia de influencias externas e independientemente de dónde se sitúe el ánodo, pero son desviados por los campos eléctricos o magnéticos (que pueden ser producidos colocando los electrodos de alto voltaje o imanes fuera del tubo de vacío - esto explica el efecto de los imanes en una pantalla de TV).

En pocas palabras “Cuando a un tubo de Crookes se le aplica un diferencial de alto voltaje (5 000 a 10 000 voltios), y a una presión reducida (0.01 atm.), se forma un haz de rayos de alta frecuencia. Estos rayos catódicos se dirigen hacia la placa con carga positiva llamado ánodo emitiendo una fuerte fluorescencia, independientemente del gas residual, cuando fuera del tubo se colocan placas magnéticas (imanes) determinan que un cuerpo cargado en movimiento, interactúa con el campo magnético y desvía su trayectoria”.

Si acercamos un campo magnético paralelo a la dirección de propagación de los electrones no sufren ninguna desviación.la máxima desviación ocurre cuando el campo magnético es perpendicular a la dirección de propagación de los electrones. Si se aumenta la diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo aumenta la velocidad y por lo tanto la desviación es mayor. Ver Figura 1

La fuerza magnética que experimentan las cargas eléctricas es proporcional al campo magnético B, a la velocidad V de los electrones y al ángulo que se forma entre el campo magnético B y la velocidad V, es decir:

F⃗=q V⃗ x B⃗

Procedimiento:

Se hizo el montaje del circuito eléctrico de acuerdo a la siguiente figura:

Primero, se colocaron los electrodos sobre el carrete de ruhmkorff y se acerco una barra de imán al rayo y se observo lo que sucedía con la luz.

Luego, se quitaron los electrodos y en su lugar se coloco un tubo de electrodos catódicos y se observo como la luz se desviaba cuando se acercaba la barra de imán y como volvía la luz a su posición inicial cuando se alejaba la barra.

Por último, se coloco el tubo de cruz de malta en el lugar donde se encontraba el tubo catódico y se observo el desvío de la luz cuando se acercaba la barra de imán y como volvía a su posición inicial comportamiento de volvía a su posición inicial al alejar la barra.

Análisis:

De esto se puede decir que cuando se le aplico una diferencia de potencial al montaje, sin la inclusión de los tubos de rayos catódicos se observo cómo una chispa debido a la intervención de las moléculas que se encuentran dispersas en el aire; tiene diferentes componentes. inclusive ese flujo posee cierta resistencia , pero , cuando incluimos en el montaje los tubos de rayos catódicos no se observaron esas chipas debido a que ahora se encuentra en el vacio por tanto ,no hay intervenciones de las moléculas de aire es decir es más limpio, dando así un espectro de luz, o más bien un haz de luz con dirección. Luego acercamos la barra de imán al rayo catódico y observamos que si

la acercábamos paralela a la dirección de propagación de los electrones no sufrían ninguna desviación en la luz, (ver foto 1.1) por el contrario cuando acercábamos la barra de imán perpendicular a la dirección de propagación de los electrones ocurría una desviación en la luz, (Ver foto 1.2). Por último, cuando se incluyo en el montaje la cruz de malta observamos que cuando se acercaba la barra de imán paralela a la dirección de propagación de los electrones, la luz no sufría ninguna desviación, pero al acercar la barra perpendicular a la dirección de propagación de los electrones ocurría una desviación en la propagación de luz y observábamos que se movía la sombra de la cruz. Por lo tanto se puede decir que esta desviación ocurre por efecto del campo magnético que se genera, ya que es el único que puede desviar la trayectoria de la luz.

Preguntas

1. Explique y dibuje las líneas de campo magnético en donde se presenta la máxima desviación y en donde no se presenta desviación.

2. Consulte el fundamento físico del carrete de Ruhmkorff.

Respuestas:

2. La bobina de RUHMKORFF es un generador de alta tensión funcionando como un transformador de circuito magnético abierto, donde el núcleo se compone en una de las versiones de varios alambres de hierro dulce aislados entre sí para evitar las corrientes de "focault".

La bobina primaria está constituida por un pequeño número de espiras bien apretadas de hilo de 1 milímetro (es un ejemplo) que

se colocarán en un arrollamiento a lo largo del núcleo de hierro dulce. El nº de espiras lo dispondremos en base a la relación de transformación que queramos tener, teniendo en cuenta que muy pocas vueltas en el primario disparan el consumo de energía y demasiadas vueltas nos obligan a bobinar demasiado en el secundario. El secundario estará constituido por un elevado número de espiras arrolladas en camadas de arrollamientos aisladas entre sí, cada arrollamiento irá aislado normalmente cada camada por material aislante y bien barnizado con barniz de alta tensión. Por poner un ejemplo una bobina grande puede tener entre 150.000 y 300.000 vueltas en el secundario con hilos menores a 0,16 milímetros. También se puede usar el método de arrollamiento con carretes en fila recordando aislar altamente el primario del secundario. Como alimentamos el circuito con corriente continua para oscilar esta corriente nos servimos del interruptor mecánico que funciona de vibrador ayudado por la inducción de la bobina el cual sería conveniente fabricarlo a partir de relés de automoción para disponer de unos contactos duraderos. El condensador del interruptor mecánico lo que hace es eliminar ó rebajar la chispa que se produce cuando los contactos se separan para que tengamos un tiempo de interrupción más corto y brusco que es lo que nos interesa que llegue a la bobina primaria, podría ser válido un condensador de 1 a 4uF/350V como ejemplo ya que los valores varían con el poder de generación que nos interese darle a la bobina.

Los principios físicos de carrete de Ruhmkorff son:

Teorema de Gauss eléctrico: §s E·dS = qint/ε Teorema de Gauss magnético: §s

B· dS =0

El origen de los campos eléctricos son las cargas. No pueden existir monopolos magnéticos.

Ley de Faraday-Henry-Lenz: §l E·dl = -d/dt §s B·dS Un flujo magnético genera un campo eléctrico.

Ley de Ampere-Maxwell: §s B·dl = μIint+με(d/dt)§s E·dS Un flujo eléctrico variable genera un campo eléctrico.

Conclusiones:

Las propiedades de los rayos catódicos han ayudado al desarrollo del hombre con

aparatos como el microscopio electrónico, en el osciloscopio de rayos catódicos. La televisión y radio entre otras cosas. Los rayos catódicos pueden ser desviados y enfocados por campos magnéticos o eléctricos. De esta experiencia logramos cumplir en su mayor parte cada uno de los objetivos propuestos.

Bibliografía

http://personales.unican.es/perezvr/pdf/TUBOS%20DE%20RAYOS%20CATODICOS.pdf

física: seis ideas fundamentales; Moore Thomas;tomoII

Anexos

Foto 1.1

Foto 1.2