Tubos de rayos catódicos

1. ORIGENES Y DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS CATODICOS.
El físico inglés J.J Thompson, en 1897, al estudiar las propiedades y los efectos de los rayos catódicos, dedujo inicialmente su carácter corpuscular y su naturaleza eléctrica negativa. Una vez hecho el estudio de la relación carga/masa para tales partículas, se obtuvo siempre el mismo valor (1,758796 × 1011  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 físico irlandés George Johnstone Stoney, se bautizó a estas partículas con el nombre de electrones, suponiéndolas como partículas elementales de la electricidad o, como se dice en la actualidad, cargas eléctricas elementales.
Carga del electrón: -1,602 × 10-19  C

Masa del electrón: 9,1 × 10-31  kg

2. QUE SON LOS RAYOS CATODICOS
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 unacierta 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. Este fenómeno fue estudiado por los físicos a finales del siglo XIX, otorgándose un premio Nobel a Philip von Lenard. Los rayos catódicos 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 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.



3. sCOMO FUNCIONA LOS RAYOS CATODICOS?
Primero vamos a encontrar una placa madre o una tarjeta madre que en el caso mas común es la pantalla del monitor de una computadora y la mayoría del espacio está ocupado por un tubo de rayos catódicos en el que se sitúa un cañón de electrones. Este cañón dispara constantemente un haz de electrones contra la pantalla, que está recubierta de fósforo (material que se ilumina al entrar en contacto con los electrones). En los monitores a color, cada punto o píxel de la pantalla está compuesto por tres pequeños puntos de fósforo: rojo (magenta), cian (azul) y verde, iluminando estos puntos con diferentes intensidades, puede obtenerse cualquier color.4. LA VISUALIZACION VECTORIAL.
La visualización vectorial para ordenador no sufre de aliasing ni pixelización, pero están limitados ya que sólo pueden señalar los contornos de las formas, y una escasa cantidad de texto, preferiblemente de un tamaño grande. Esto es así porque la velocidad de visualización es inversamente proporcional al número de vectores que deben dibujarse y 'rellenar' una zona utilizando muchos vectores es imposible, así como escribir una gran cantidad de texto. Algunos monitores vectoriales eran capaces de mostrar varios colores, a menudo utilizando dos o tres capas de fósforo. En estos monitores, controlando la fuerza del haz de electrones, se controla la capa alcanzada y en consecuencia el color mostrado, que generalmente era verde, naranja o rojo.
5. PROPIEDADES Y EFECTOS DE LOS RAYOS CATODICOS
Las principales propiedades de los rayos catódicos son las mostradas a continuación:
Los rayos catódicos salen del cátodo perpendicularmente a su superficie y en ausencia de campos eléctricos o magnéticos se propagan rectilíneamente.
Son desviados por un campo eléctrico, desplazándose hacia la parte positiva del campo.
Son desviados por campos magnéticos.
Producen efectos mecánicos; 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 energía cinética en térmica, elevando la temperatura de los objetos que se oponen a su paso.
Impresionan placas fotográficas.
Excitan la fluorescencia de algunas sustancias, como pueden ser el vidrio o el sulfuro de cinc.
Ionizan el aire que atraviesan.6. sCÓMO ESTA CONSTITUIDO UN RAYO CATODICO?
Un tubo de rayos catódicos esta esencialmente constituido por un tríodo o tetrodo de haz electrónico, dirigido por una concentración electroestática o magnética que se desvía con campos electrostáticos o magnéticos convenientes. Los electrones, considerablente acelerados por el campo electroestático axial existente entre cátodo y ánodo, se proyectan con gran velocidad contra el fondo del tubo, recubierto de una sustancio fluorescente que se ilumina al producirse el impacto.
Como tríodo, un tubo de rayos catódicos lleva:
1.-Un cátodo emisivo de caldeo indirecto, cuya parte activa es un disco circular.
2.-Un electrodo de control o wenhelt, igualmente cilíndrico, provisto de un diafragma circular, cuya polarización regula la emisión de electrones y, por tanto, la luminosidad del trazado.
3.- Un ánodo cilíndrico provisto de uno o dos diafragmas, que limitan la abertura del haz electrónico.

Este dispositivo forma el cañón de electrones. Sin embargo, con lo dicho no bastaría para dar sobre la pantalla un spot fino y de dimensiones invariables para cualquier polarización del wenhelt. Se completa el cañón de electrones, bien con una bobina de concentración que crea un campo magnético paraxial localizado en el entrehierro de un circuito magnético o bien un ánodo auxiliar o ánodo de concentración, que forma dos lentes electrostáticas con el wenhelt de una parte y el ánodo principal de otra.
En la práctica, los tubos utilizados en los oscilógrafos son de concentración enteramente electrostática, lo que simplifica la alimentación. Se observará que el diafragma del ánodoauxiliar constituye un foco virtual, cuyo brillo electrónico depende de la polarización del wenhelt. La lente electrostática formada por los ánodos tiene una distancia focal que solo depende prácticamente de la relación de sus tensiones.
Se comprende fácilmente este último hecho aplicando al diafragma del ánodo de concentración y al spot la formula de Lagrange- Helmholtz.

La pantalla luminosa del tubo se mantiene en las proximidades del anodo principal gracias a los electrones secundarios que emite bajo el impacto del haz electrónico, y que son captados por el ánodo principal. Esta descarga de la pantalla está facilitada por su conductibilidad propia y, eventualmente, por un grafitado dela pared del tubo unido al ánodo principal.


Se obtiene así una región de campo acelerador nulo, donde los electrones tienen velocidad axial constante y en la cual se coloca equipo de desviación.
Para obtener un spot fino es necesario limitar la intensidad del haz electrónico a un valor suficientemente pequeño, con objeto de que la repulsión electrostática entre electrones no disperse demasiado rápidamente el haz. Por otra parte esta dispersión es tanto mas reducida cuanto mayor es la velocidad de los electrones no disperse demasiado rápidamente el haz. Por otra parte, esta dispersión es tanto mas reducida cuanto mayor es la velocidad de los electrones, a causa de las fuerzas de atracción electromagnética que experimentan como de corriente, de donde el interés de una tensión aceleradora elevada.