este es un informe detallado.. pero se aceptan sugerencias.. (Y)

1. Universidad Nacional de Trujillo Septiembre 2014
1
ESTUDIO DESCRIPTIVO DE LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS
EN TUBO CON AIRE A DIFERENTE PRESIÓN.
De la Cruz López, Luis A.
Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Laboratorio de Óptica y Láser
Universidad Nacional de Trujillo, Av. Juan Pablo II S/N, Trujillo, La Libertad, Perú
RESUMEN
En esta práctica experimental se hace un estudio descriptivo de las descargas eléctricas en un
tubo de vidrio con un determinado gas (aire) generando vacío dentro de este. Para esta labor se
utiliza técnicas de vacío mediante una bomba que logra esto, se emplea también el conocido
carrete de Ruhmkorff, el cual permite obtener grandes cantidades de diferencia de potencial
partiendo de otras pequeñas, así mismo se emplea el tubo de Crookes, el cual ayuda a percibir el
sentido del flujo de electrones generados por el carrete de Ruhmkorff (debido a que el sentido del
interruptor cambia). La información recopilada es explicada detalladamente más adelante.
Cabe mencionar también que el descubrimiento de que estos rayos están constituidos por
partículas cargadas fue la labor de J. J. Thomson quien, antes de deducir la naturaleza elemental,
necesitó demostrar que su masa era mucho menor que la de los átomos que las contenían.
Palabras Clave: Descargas eléctricas en el vacío, tubo de crookes.
INTRODUCCIÓN
Concepto de descarga eléctrica en gases :
Una descarga eléctrica en un medio gaseoso, es un
fenómeno en el que un gas, que normalmente, no
conduce la electricidad, empieza a hacerlo debido a
la ionización de sus átomos, como consecuencia de
la influencia de una fuente energética (de calor, de
radiación o de un campo eléctrico, que provoca una
diferencia de potencial entre los electrodos entre los
que se sitúa el gas). La conducción eléctrica a través
de este gas ionizado (en adelante, plasma) no sigue
la ley de Ohm, sino que se rige por los procesos
físicos elementales que se dan entre las partículas
cargadas (electrones, iones, átomos y moléculas
excitadas) transportadas en el plasma y producidas
y absorbidas en los electrodos. [1]
Tubo de descargas
Sirve para la observación de los fenómenos
presentes durante le descarga eléctrica de gases en
función de la presión y del tipo de gas como,
luminiscencia catódica, columnas positivas, rayos
canales. Los extremos del tubo de descarga están
provistos de una pantalla fluorescente. [2]
Figura 1. Tubo de rayos catódicos. Los electrones
emitidos por el cátodo (-) son acelerados por el campo
eléctrico hacia el ánodo (+) que deja pasar algunos por
un orificio central. La trayectoria de este haz es afectada
por la acción de un campo magnético y uno eléctrico.
J.J. Thomson buscaba cancelar esos efectos para
determinar la velocidad de los electrones.
Un ejemplo claro de estos materiales es el conocido
tubo de Crookes o también llamado “Cruz de
Malta”. La cual indica en qué dirección sale el flujo
de electrones (sea de ánodo (+) a cátodo (-) y
viceversa) provocada por la diferencia de potencia
entrante.

2. Universidad Nacional de Trujillo Septiembre 2014
2
Consiste en un tubo de vacío por el cual circulan
una serie de gases, que al aplicarles electricidad
adquieren fluorescencia, de ahí que sean llamados
fluorescentes. A partir de este experimento (1895)
Crookes dedujo que dicha fluorescencia se debe
a rayos catódicos, que consisten en electrones en
movimiento, y, por tanto, también descubrió la
presencia de electrones en los átomos. [3]
Rayos catódicos
A mediados del siglo XIX, los científicos
comenzaron a estudiar las descargas eléctricas a
través de tubos parcialmente evacuados (tubos a los
que se les había extraído por bombeo casi todo el
aire). Un alto voltaje produce radiación dentro del
tubo. Esta radiación recibió el nombre de rayos
catódicos porque se originaba en el electrodo
negativo, o cátodo. Aunque los rayos en sí son
invisibles, su movimiento puede detectarse porque
hacen que ciertos materiales, incluido el vidrio,
despidan rayos de luz fluorescente.
En la ausencia de campos magnéticos o eléctricos,
los rayos catódicos viajan en línea recta. Sin
embargo, los campos magnéticos y eléctricos
"doblan" los rayos, es decir, los desvían tal como se
esperaría que lo hicieran partículas con carga
negativa. Más aún, una placa metálica expuesta a
rayos catódicos adquiere una carga negativa. Estas
observaciones de las propiedades de los rayos
catódicos sugirieron a los científicos que la
radiación consiste en una corriente de partículas con
carga negativa, que ahora llamamos electrones.
Además, se descubrió que los rayos
catódicos emitidos por cátodos de diferentes
materiales eran iguales. Todas estas observaciones
dieron pie a la conclusión de que los electrones son
un componente fundamental de la materia. [4]
Algunas propiedades de este fenómeno son:
Las lámparas de descarga se pueden clasificar según
el gas utilizado o la presión a la que este se
encuentre (alta o baja presión). Las propiedades
varían mucho de unas a otras y esto las hace
adecuadas para usos muy diversos.
 Baja presión:
1. Lámparas fluorescentes
 Alta presión:
2. Lámparas de vapor de mercurio a
alta presión
3. Lámparas de luz de mezcla
4. Lámparas con halogenuros
metálicos
 Lámparas de vapor de sodio:
1. Lámparas de vapor de sodio a
baja presión.
2. Lámparas de vapor de sodio a alta
presión. [5]
MATERIALES Y MÉTODOS
Para esta práctica experimental fueron necesarias:
 1 Carrete de Ruhmkorff.
 1 fuente que convierta la corriente alterna
en continua.

3. Universidad Nacional de Trujillo Septiembre 2014
3
 Bomba de vacío.
 1 medidor de presión (± 20 torr).
 1 tuvo de descarga.
 1 Cruz de malta.
Todos estos materiales van unidos, tal y como se
muestra en la siguiente imagen.
Figura 1- montaje experimental
PARTE 1: DESCARGAS ELECTRICAS EN
EL CARRETE DE RUHMKORFF.
En primer lugar teniendo la fuente de alimentación,
la convierte la corriente alterna en continua, se
procede a conectar el carrete de Ruhmkorff e iniciar
su funcionamiento moviendo el interruptor de
encendido y/o apagado.
Luego se procede a observar las descargas eléctricas
producidas por cátodo (de carga (-) la cual se
representa como una punta en la figura 2), la cuales
se dirigen hacia el ánodo (de carga (+) y es
representada por el disco circula d la figura 2). En
esta paso se tiene que encontrar la distancia a la cual
el cátodo deja de emitir rayos de descarga eléctrica.
Figura 2- Descargas eléctricas producidas del cátodo
hacia el ánodo.
Una vez obtenidas las descargas y haber observado
el fenómeno producido, se procede a encontrar la
distancia a la cual deja de emitir estas descargas.
PARTE 2: VER EL SENTIDO DEL FLUJO DE
ELECTRONES EN EL CARRETE DE
RUHMKORFF MEDIANTE LA CRUZ DE
MALTA.
Se hace una conexión en serie del carrete de
Ruhmkorff y la Cruz de Malta con la fuente
apagada, luego de haber conectado se enciende la
fuente y se observa el fenómeno.
Este proceso se hace tanto cuando el interruptor
gira hacia la derecha como hacia la izquierda.
PARTE 3: DESCARGAS ELÉCTRICAS EN
UN TUBO CON AIRE A BAJA PRESIÓN.
Teniendo en cuenta la figura 1, la cual muestra el
esquema experimental, y teniendo la parte 1 y la
parte 2, se procede a conectar las válvulas al tubo de
descarga.
Se procede a generar vacío mediante la bomba de
vacío, la cual va desde 20 hasta 760 torr, la
generación de vacío se hace con mucho cuidado
debido a que se tienen que se tienen que manipular
llaves de entrada y salida de aire, que de no hacerse
correctamente, puede malograrse la bomba.
Una vez generado vacío en el tubo de descarga se
enciende la fuente y se observa que sucede en dicho
tubo.
Luego se abre la llave y se deja entrar aire para ver
a que presión desaparece las descargas generadas.
ANALISIS
PARTE 1: DESCARGAS ELECTRICAS EN
EL CARRETE DE RUHMKORFF.
Se pudo observar que los rayos emitidos desde el
cátodo hacia el ánodo a una distancia muy pequeña
se emiten descargas eléctricas de manera lineal,
mientras que conforme se van alejando estas
descargas se vuelven más inestables (son lanzados
de manera no lineal), conforme a lo que se muestra
en la figura 3.

4. Universidad Nacional de Trujillo Septiembre 2014
4
Figura 3- diferentes distancias de las descargas, a la
derecha se muestra las descargas de manera lineal,
mientras que a la izquierda se muestran inestables.
Además se encontró que en una distancia de 3.8 cm
de distancia ya no se producen más descargas
eléctricas.
PARTE 2: VER EL SENTIDO DEL FLUJO DE
ELECTRONES EN EL CARRETE DE
RUHMKORFF MEDIANTE EL TUBO DE
CROOKES.
Cuando encendemos la fuente de corriente continua
y activando al carrete de Ruhmkorff, el cual genera
alto voltaje, y estando conectado al Tubo de
Crookes (Cruz de Malta), se puede observar en qué
sentido se mueven los electrones generados por
dicha diferencia de potencial, y teniendo en cuenta
como están colocados los electrodos (se sabe así
cuál es el ánodo y cuál es el cátodo).
Figura 4- Se muestran las dos maneras posibles las los
electrones pueden salir dela ánodo al cátodo y
viceversa.
La formación de la imagen de la cruz se debe a que
algunos de los electrones que salen del cátodo
chocan con el metal en forma de cruz, al no pasar a
travez de este, se forma dicha sombra.
PARTE 3: DESCARGAS ELÉCTRICAS EN
UN TUBO CON AIRE A BAJA PRESIÓN.
Después de ave realizado las partes 1 y 2, se procede
con esta parte final.
Cuando se enciende la bomba de vacío y se procede
a generar vacío en el tubo, lo ideal es sacar todo el
aire posible que se encuentra en el tubo de rayos
catódicos, pero al final quedan unas cuantas
partículas de aire en el tubo.
Luego al encender la fuente de CC, se observa que
los rayos obtenidos en el tubo a una presión de 20
torr aproximadamente son de un color violeta y se
ve de la siguiente manera.
Figura 5- Has de luz violeta que se genera en el tubo
de descarga.
En la figura 5 se observa que los electrones que salen de
cátodo no llegan a impactar totalmente con el ánodo,
sino que se forma un pequeño vacío oscuro.
Figura 6- Espacios producidos por los rayos catódicos.
Se puede observar que cuanto mayor es el área de
incidencia de los rayos mayor es la distancia donde
se forma espacio oscuro.
En lo que consta al aumento o disminución de
presión, se observó que cuanto a menor presión
tenga el tubo mayor es la intensidad de la luz
emitida.

5. Universidad Nacional de Trujillo Septiembre 2014
5
Figura 7- Muestras de rayos catódicos formados a
presiones de 40 y 70 torr respectivamente.
NOTAS
El descubrimiento del electrón, a través del estudio
de los rayos catódicos llevaron a Thomson a
proponer un nuevo modelo atómico conocido
informalmente como pudín de ciruelas, según el
cual los electrones negativos se encontraban
incrustados en una esfera de materia cargada
positivamente, como las ciruelas se encuentran en
el pudín.
El experimento que le llevó a concluir el nuevo
modelo se obtuvo de los estudios de la
conductividad de los gases a bajas presiones. En
voltajes elevados, los gases se vuelven conductores
eléctricos. Así, Thomson introdujo gas hidrógeno
en un tubo de rayos catódicos: un tubo de vidrio
donde se sitúan dos polos (cátodo y ánodo) entre los
que se genera una corriente eléctrica de varios miles
de voltios, y donde se inducía parcialmente el vacío.
Al aplicar dicha corriente, el gas se volvía
incandescente, y se producía un rayo de colores
(rayos catódicos), que debía estar formado por
partículas negativas, ya que al aplicar un campo
magnético positivo, el haz de luz se curvaba hacia
él. [6]
¿Por qué la luz emitida en esta práctica
experimental es violeta azulada?
Los colores de la luz visible producida dependen del
gas en el tubo. Así, el oxígeno origina la luz violeta;
el bióxido de carbono, azul pálida; el neón, roja
brillante; y el vapor de mercurio, azul verdosa
intensa.
REFERENCIAS
[1] http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/7
0196/fichero/Capitulo3%252Fcapitulo3.p
df.
[2] http://tubosdedescarga.blogspot.com.
[3] http://es.wikipedia.org/wiki/Tubo_de_Cro
okes.
[4] http://www.fullquimica.com/2011/03/los-rayos-
catodicos-y-el-descubrimiento.html.
[5] http://www.miliarium.com/ATECOS/HT
ML/Soluciones/Fichas/Lamparas_de_desc
arga.pdf
[6] http://timerime.com/es/evento/1566571/JJ
+Thomson+descubre+los+electrones/