El tubo de rayos catódicos surge como una mejora del tubo de Crookes, poniendo de manifiesto unos rayos lumínicos que aparecen cuando se aplica un alto voltaje entre sus dos electrodos. Colocando una cruz de Malta en su interior de un material duro que no puede ser atravesado por la luz ni la materia y observando donde se proyecta su sombra, se llega a la conclusión de que los rayos provienen del cátodo. De ahí su nombre.
También se comprueba que estos rayos se ven atraídos por un imán, lo cual no ocurre con los rayos de luz ordinarios. La primera evidencia experimental de este hecho fue presentada en el año 1858 por Julius Plücker tras estudiar el efecto de un electroimán sobre la descarga eléctrica en tubos de vacío (usando lo que hoy se conocen como tubos de Geissler) conteniendo gases enrarecidos. Por lo que deben tener carga eléctrica asociada. Dado que surgen del cátodo, el polo negativo, es de esperar que su carga sea negativa también. Pero para confirmar su carga negativa lo que se hizo fue colocar unas placas conductoras paralelas entre sí, a medio recorrido dentro del tubo, y observar hacia donde y con qué grado de deflexión se curvaban los rayos si se aplicaba un voltaje dado a éstas.
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