Rayos catdicosDe Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a navegacin, bsqueda

Diagrama esquemtico de un Tubo de Crookes. A es una fuente de baja tensin que calienta el ctodo C. B es una fuente de alto voltaje que suministra tensin al nodo revestido de fsforo P. La mscara M est conectada al potencial del ctodo y su imagen se proyecta en los fsforos como el rea no brillante.Los rayos catdicos son corrientes de electrones observados en tubos de vaco, es decir los tubos de cristal que se equipan por lo menos con dos electrodos, un ctodo (electrodo negativo) y un nodo (electrodo positivo) en una configuracin conocida como diodo. Cuando se calienta el ctodo, emite una cierta radiacin que viaja hacia el nodo. Si las paredes internas de vidrio detrs del nodo estn cubiertas con un material fluorescente, brillan intensamente. Una capa de metal colocada entre los electrodos proyecta una sombra en la capa fluorescente. Esto significa que la causa de la emisin de luz son los rayos emitidos por el ctodo al golpear la capa fluorescente. Los rayos viajan hacia el nodo en lnea recta, y continan ms all de l durante una cierta distancia. Este fenmeno fue estudiado por los fsicos a finales del siglo XIX, otorgndose un premio Nobel a Philipp von Lenard. Los rayos catdicos primeramente fueron producidos por los tubos de Geissler. Los tubos especiales fueron desarrollados para el estudio de estos rayos por William Crookes y se los llam tubos de Crookes. Pronto se vio que los rayos catdicos estn formados por los portadores reales de la electricidad que ahora se conocen como electrones. El hecho de que los rayos son emitidos por el ctodo, es decir el electrodo negativo, demostr que los electrones tienen carga negativa.Los rayos catdicos se propagan en lnea recta en ausencia de influencias externas e independientemente de dnde se site el nodo, pero son desviados por los campos elctricos o magnticos (que pueden ser producidos colocando los electrodos de alto voltaje o imanes fuera del tubo de vaco - esto explica el efecto de los imanes en una pantalla de TV). El refinamiento de esta idea es el tubo de rayos catdicos (CRT), tambin conocido como tubo de Crookes (porque fue inventado el 1875 por William Crookes). El CRT es la clave en los sistemas de televisin, en los osciloscopios, y en las cmaras de televisin vidicon.Contenido[ocultar] 1 Descubrimiento de los rayos 2 La naturaleza de los rayos segn Thompson 3 Propiedades y efectos de los rayos catdicos 4 Bibliografa 5 Pginas relacionadas 6 Otros enlaces

[editar] Descubrimiento de los rayosEl descubrimiento de los rayos catdicos, que se produce durante los aos 1858 y 1859, fue obra del matemtico y fsico alemn Julius Plcker (1801 - 1868), quin denominara con este nombre a los rayos que emanaban de una lmpara de vaco con la que se encontraba trabajando por aquel entonces.[editar] La naturaleza de los rayos segn ThompsonEn el ao 1897, el fsico ingls Joseph John Thompson estudi el comportamiento y los efectos de los rayos catdicos. En sus experimentaciones observ que cuando en un tubo de vidrio que lleva soldados dos electrodos conectados a una gran tensin (de 20000 a 100000 voltios) se hace el vaco (aproximadamente 0,001 mmHG), al producirse una descarga se aprecia una luminosidad o fluorescencia verdosa en la pared localizada frente al ctodo, que los investigadores supusieron que era debida a la existencia de unos rayos procedentes del electrodo negativo, que llamaron rayos catdicos. Segn las observaciones de Thomson, estos rayos: Se propagan en lnea recta. Son desviados por campos elctricos hacia la zona positiva. Son desviados por campos magnticos. Producen efectos mecnicos, trmicos, qumicos y luminosos. Si se pone unas aspas delante, las hace girar El fsico ingls J.J Thomson, en 1897, al estudiar las propiedades y los efectos de los rayos catdicos, dedujo inicialmente su carcter corpuscular y su naturaleza elctrica negativa.Una vez hecho el estudio de la relacin carga/masa para tales partculas, se obtuvo siempre el mismo valor (1,7587961011 C/kg) fueran cuales fuesen las condiciones en las que se produjeran los rayos y la naturaleza del gas encerrado en el tubo. A propuesta del fsico irlands George Johnstone Stoney, se bautiz a estas partculas con el nombre de electrones, suponindolas como partculas elementales de la electricidad o, como se dice en la actualidad, cargas elctricas elementales.Posteriores investigaciones de Milikan, en 1913, y de Hopper y Labby, en 1941, permitieron obtener el valor de la carga elctrica que poseen, as como tambin deducir su masa. Carga del electrn: -1,60210-19 C Masa del electrn: 9,110-31 kg [editar] Propiedades y efectos de los rayos catdicosLas principales propiedades de los rayos catdicos son las mostradas a continuacin: Los rayos catdicos salen del ctodo perpendicularmente a su superficie y en ausencia de campos elctricos o magnticos se propagan rectilneamente. Son desviados por un campo elctrico, desplazndose hacia la parte positiva del campo. Son desviados por campos magnticos. Producen efectos mecnicos; la prueba de ello es que tienen la capacidad de mover un molinete de hojas de mica que se interpone en su trayectoria. Transforman su energa cintica en trmica, elevando la temperatura de los objetos que se oponen a su paso. Impresionan placas fotogrficas. Excitan la fluorescencia de algunas sustancias, como pueden ser el vidrio o el sulfuro de cinc. Ionizan el aire que atraviesan. Tubo de Crookes Tubo de Crookes operativo Rayos catdicos por campos magnticos 1. Rayos catdicos por campos magnticos 2.

El campo elctrico es un campo fsico que es representado mediante un modelo que describe la interaccin entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza elctrica.[1] Matemticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga elctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza elctrica dada por la siguiente ecuacin:(1) En los modelos relativistas actuales, el campo elctrico se incorpora, junto con el campo magntico, en campo tensorial cuadridimensional, denominado campo electromagntico F.[2]Los campos elctricos pueden tener su origen tanto en cargas elctricas como en campos magnticos variables. Las primeras descripciones de los fenmenos elctricos, como la ley de Coulomb, slo tenan en cuenta las cargas elctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que tambin se tiene en cuenta la variacin del campo magntico.Esta definicin general indica que el campo no es directamente medible, sino que lo que es observable es su efecto sobre alguna carga colocada en su seno. La idea de campo elctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio de induccin electromagntica en el ao 1832.La unidad del campo elctrico en el SI es Newton por Culombio (N/C), Voltio por metro (V/m) o, en unidades bsicas, kgms3A1.Contenido[ocultar] 1 Definicin 1.1 Definicin mediante la ley de Coulomb 1.2 Definicin formal 2 Descripcin del campo elctrico 2.1 Ley de Gauss 2.2 Ley de Faraday 3 Expresiones del campo elctrico 3.1 Campo electrosttico (cargas en reposo) 3.2 Lneas de campo 3.3 Campo electrodinmico (movimiento uniforme) 3.4 Campo electrodinmico (movimiento acelerado) 4 Energa del campo elctrico 5 Vase tambin 6 Referencias 7 Enlaces externos

[editar] DefinicinLa definicin ms intuitiva acerca del campo elctrico se la puede estudiar mediante la ley de Coulomb. Esta ley, una vez generalizada, permite expresar el campo entre distribuciones de carga en reposo relativo. Sin embargo, para cargas en movimiento se requiere una definicin ms formal y completa acerca del campo requiere el uso de cuadrivectores y el principio de mnima accin. A continuacin se describen ambas.[editar] Definicin mediante la ley de Coulomb

Campo elctrico de una distribucin lineal de carga. Una carga puntual P es sometida a una fuerza en direccion radial por una distribucion de carga en forma de diferencial de linea (dL), lo que produce un campo elctrico .Partiendo de la ley de Coulomb que expresa que la fuerza entre dos cargas en reposo relativo depende del cuadrado de la distancia, matemticamente es igual a:[1]

Donde:es la permitividad elctrica del vaco tiene que ver con el sistema internacional, son las cargas que interactan, es la distancia entre ambas cargas, , es el vector de posicin relativa de la carga 2 respecto a la carga 1. y es el unitario en la direccin . Ntese que en la frmula se est usando 0, esta es la permitividad en el vaco. Para calcular la interaccin en otro medio es necesario cambiar la permitividad de dicho medio. ( = r.0)La ley anterior presupona que la posicin de una partcula en un instante dado, hace que su campo elctrica afecte en el mismo instante a cualquier otra carga. Ese tipo de interaccines en las que el efecto sobre el resto de partculas parece dependender slo de la posicin de la partcula causante sin importar la distancia entre las partculas se denomina en fsica accin a distancia. Si bien la nocin de accin a distancia fue aceptada inicialmente por el propio Newton, experimentos ms cuidados a lo largo del siglo XIX llevaron a desechar dicha nocin como no-realista. En ese contexto se pens que el campo elctrico no slo era un artificio matemtico sino un ente fsico que se propaga a una velocidad finita (la velocidad de la luz) hasta afectar a otras partculas. Esa idea conllevaba modificar la ley de Coulomb de acuerdo con los requerimientos de la teora de la relatividad y dotar de entidad fsica al campo elctrico.[1] As, el campo elctrico es una distorsin electromagntica que sufre el espacio debido a la presencia de una carga. Considerando esto se puede obtener una expresin del campo elctrico cuando este slo depende de la distancia entre las cargas:

Donde claramente se tiene que , la que es una de las definiciones ms conocidas acerca del campo elctrico.

Para el lbum del msico francs Jean Michel Jarre, vase Les Chants Magntiques.

Lneas mostrando el campo magntico de un imn de barra, producidas por limaduras de hierro sobre papel.El campo magntico es una regin de espacio en la cual una carga elctrica puntual de valor q, que se desplaza a una velocidad , sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad v como al campo B. As, dicha carga percibir una fuerza descrita con la siguiente igualdad.

donde F es la fuerza, v es la velocidad y B el campo magntico, tambin llamado induccin magntica y densidad de flujo magntico. (Ntese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto vectorial tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El mdulo de la fuerza resultante ser

La existencia de un campo magntico se pone de relieve gracias a la propiedad localizada en el espacio de orientar un magnetmetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brjula, que evidencia la existencia del campo magntico terrestre, puede ser considerada un magnetmetro.Contenido[ocultar] 1 Historia 2 Nombre 2.1 Uso 3 Fuentes del campo magntico 3.1 Campo magntico producido por una carga puntual 3.2 Propiedades del campo magntico 3.3 Inexistencia de cargas magnticas aisladas 4 Determinacin del campo de induccin magntica B 5 Campo magntico en relatividad 5.1 Campo medido por dos observadores 5.2 Campo creado por una carga en movimiento 6 Unidades y magnitudes tpicas 7 Vase tambin 8 Referencias 9 Enlaces externos

[editar] HistoriaSi bien algunos materiales magnticos han sido conocidos desde la antigedad, como por ejemplo el poder de atraccin que sobre el hierro ejerce la magnetita, no fue sino hasta el siglo XIX cuando la relacin entre la electricidad y el magnetismo qued plasmada, pasando ambos campos de ser diferenciados a formar el cuerpo de lo que se conoce como electromagnetismo.Antes de 1820, el nico magnetismo conocido era el del hierro. Esto cambi con un profesor de ciencias poco conocido de la Universidad de Copenhague, Dinamarca, Hans Christian Oersted. En 1820 Oersted prepar en su casa una demostracin cientfica a sus amigos y estudiantes. Plane demostrar el calentamiento de un hilo por una corriente elctrica y tambin llevar a cabo demostraciones sobre el magnetismo, para lo cual dispuso de una aguja de brjula montada sobre una peana de madera.Mientras llevaba a cabo su demostracin elctrica, Oersted not para su sorpresa que cada vez que se conectaba la corriente elctrica, se mova la aguja de la brjula. Se call y finaliz las demostraciones, pero en los meses sucesivos trabaj duro intentando explicarse el nuevo fenmeno.Pero no pudo! La aguja no era ni atrada ni repelida por ella. En vez de eso tenda a quedarse en ngulo recto. Hoy sabemos que esto es una prueba fehaciente de la relacin intrnseca entre el campo magntico y el campo elctrico plasmada en las ecuaciones de Maxwell.Como ejemplo para ver la naturaleza un poco distinta del campo magntico basta considerar el intento de separar el polo de un imn. Aunque rompamos un imn por la mitad ste "reproduce" sus dos polos. Si ahora volvemos a partir otra vez en dos, nuevamente tendremos cada trozo con dos polos norte y sur diferenciados. En magnetismo no existen los monopolos magnticos.[editar] NombreEl nombre de campo magntico o intensidad del campo magntico se aplica a dos magnitudes: La excitacin magntica o campo H es la primera de ellas, desde el punto de vista histrico, y se representa con H. La induccin magntica o campo B, que en la actualidad se considera el autntico campo magntico, y se representa con B. Desde un punto de vista fsico, ambos son equivalentes en el vaco, salvo en una constante de proporcionalidad que depende del sistema de unidades: 1 en el sistema de Gauss, en el SI. Solo se diferencian en medios materiales con el fenmeno de la magnetizacin.[editar] UsoEl campo H se ha considerado tradicionalmente el campo principal o intensidad de campo magntico, ya que se puede relacionar con unas cargas, masas o polos magnticos por medio de una ley similar a la de Coulomb para la electricidad. Maxwell, por ejemplo, utiliz este enfoque, aunque aclarando que esas cargas eran ficticias. Con ello, no solo se parte de leyes similares en los campos elctricos y magnticos (incluyendo la posibilidad de definir un potencial escalar magntico), sino que en medios materiales, con la equiparacin matemtica de H con E, por un lado, y de B con D, por otro, se pueden establecer paralelismos tiles en las condiciones de contorno y las relaciones termodinmicas; la frmulas correspondientes en el sistema electromagntico de Gauss son:

En electrotecnia no es raro que se conserve este punto de vista porque resulta prctico.Con la llegada de las teoras del electrn de Lorentz y Poincar, y de la relatividad de Einstein, qued claro que estos paralelismos no se corresponden con la realidad fsica de los fenmenos, por lo que hoy es frecuente, sobre todo en fsica, que el nombre de campo magntico se aplique a B (por ejemplo, en los textos de Alonso-Finn y de Feynman).[1] En la formulacin relativista del electromagnetismo, E no se agrupa con H para el tensor de intensidades, sino con B.En 1944, F. Rasetti prepar un experimento para dilucidar cul de los dos campos era el fundamental, es decir, aquel que acta sobre una carga en movimiento, y el resultado fue que el campo magntico real era B y no H.[2]Para caracterizar H y B se ha recurrido a varias distinciones. As, H describe cuan intenso es el campo magntico en la regin que afecta, mientras que B es la cantidad de flujo magntico por unidad de rea que aparece en esa misma regin. Otra distincin que se hace en ocasiones es que H se refiere al campo en funcin de sus fuentes (las corrientes elctricas) y B al campo en funcin de sus efectos (fuerzas sobre las cargas).[editar] Fuentes del campo magnticoUn campo magntico tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es una corriente elctrica de conduccin, que da lugar a un campo magntico esttico. Por otro lado una corriente de desplazamiento origina un campo magntico variante en el tiempo, incluso aunque aquella sea estacionaria.La relacin entre el campo magntico y una corriente elctrica est dada por la ley de Ampre. El caso ms general, que incluye a la corriente de desplazamiento, lo da la ley de Ampre-Maxwell.[editar] Campo magntico producido por una carga puntualEl campo magntico generado por una nica carga en movimiento (no por una corriente elctrica) se calcula a partir de la siguiente expresin:

Donde . Esta ltima expresin define un campo vectorial solenoidal, para distribuciones de cargas en movimiento la expresin es diferente, pero puede probarse que el campo magntico sigue siendo un campo solenoidal.[editar] Propiedades del campo magntico La inexistencia de cargas magnticas lleva a que el campo magntico es un campo solenoidal lo que lleva a que localmente puede ser derivado de un potencial vector , es decir:

A su vez este potencial vector puede ser relacionado con el vector densidad de corriente mediante la relacin:

Una sustancia qumica es cualquier material con una composicin qumica definida, sin importar su procedencia.[1] Por ejemplo, una muestra de agua tiene las mismas propiedades y la misma proporcin de hidrgeno y oxgeno sin importar si la muestra se asla de un ro o se crea en un laboratorio.Una sustancia pura no puede separarse en otras sustancias por ningn medio mecnico.[2] Estas sustancias pueden clasificarse en dos grupos; elementos y compuestos. Los elementos estn formados por tomos de un mismo nmero atmico y los compuestos puros son combinaciones de dos o ms elementos en una proporcin definida. Sustancias qumicas tpicas que se pueden encontrar en el hogar son agua, sal (cloruro de sodio) y azcar (sacarosa). En general, las sustancias existen como slidos, lquidos, o gases, y pueden transformarse entre estos estados de la materia mediante cambios en la temperatura o presin.El concepto de sustancia qumica se estableci a finales del siglo XVIII con los trabajos del qumico Joseph Proust sobre la composicin de algunos compuestos qumicos puros tales como el carbonato cprico.[3] Proust dedujo que:todas las muestras de un compuesto tienen la misma composicin; esto es, todas las muestras tienen las mismas proporciones, por masa, de los elementos presentes en el compuesto Esto se conoce como la ley de las proporciones definidas, y es una de las bases de la qumica moderna.Vase tambin: Lista alfabtica de elementos qumicos

A diferencia de los compuestos, una mezcla est formada por la unin de sustancias en cantidades variables y que no se encuentran qumicamente combinadas. Por lo tanto, una mezcla no tiene un conjunto de propiedades nicas, sino que cada una de las sustancias constituyentes aporta al todo con sus propiedades especficas.Las mezclas estn compuestas por una sustancia, que es el medio, en el que se encuentran una o ms sustancias en menor proporcin. Se llama fase dispersante al medio y fase dispersa a las sustancias que estn en l. De acuerdo al tamao de las partculas de la fase dispersa, las mezclas pueden ser homogneas o heterogneas.a) Mezclas homogneas:

Son aquellas cuyos componentes no son identificables a simple vista, es decir, se aprecia una sola fase fsica.

Ejemplo:

El agua potable es una mezcla homognea de agua (fase dispersante) y varias sales minerales (fase dispersa). Sin embargo, no vemos las sales que estn disueltas; slo observamos la fase lquida.Entre las mezclas homogneas se distingue una de gran inters: la solucin o disolucin qumica.b) Mezclas heterogneas:

Son aquellas cuyos componentes se pueden distinguir a simple vista, aprecindose ms de una fase fsica.

Ejemplo: Agua con piedra, agua con aceite.Caracterstica de la mezcla: 2 fases (difsico)2 componentes (agua y aceite)Sistema binario (existen 2 componentes)Las mezclas heterogneas se pueden agrupar en: emulsiones, suspensiones y coloides.

Emulsiones: Conformada por 2 fases lquidas inmiscibles. El dimetro de las partculas de la fase dispersa es aproximadamente 0.005 mm.Ejemplo: agua y aceite, leche, mayonesa.

Suspensiones: Conformada por una fase slida insoluble en la fase dispersante lquida, por lo cual tiene un aspecto opaco. Las partculas dispersas son relativamente grandes.Ejemplo: Arcilla, tinta china (negro de humo y agua), pinturas al agua, cemento.

Coloides o soles: Es un sistema heterogneo en donde el sistema disperso puede ser observado a travs de un ultramicroscopio, el tamao de las partculas del sistema disperso est entre 10 y 1000 A.Segn la afinidad de los coloides por la fase dispersante se denominan: Liofilos si tienen afinidad y Liofobos si no la tienen. Cuando el medio dispersante es el agua se llaman Hidrfilos o Hidrfobos respectivamente.La fase dispersa est constituida por partculas llamadas micelas, las cuales se hallan en continuo movimiento, siguiendo trayectorias de zig-zag, a este fenmeno se le denomina Movimiento Browniano.Una propiedad ptica de los coloides consiste en la difraccin de los rayos de luz que pasan a travs de una disolucin coloidal (Efecto Tyndall). Esto no ocurre si el rayo de luz atraviesa una solucin verdadera.