O Tubo de Golds­tein é um modelo de tubo de des­carga de gás, cujo dife­ren­cial é possuir um cátodo (polo nega­tivo) per­fu­rado que o separa em duas câmaras. Essa carac­te­rís­tica per­mi­tiu o estudo dos cha­ma­dos raios anó­di­cos ou raios canal, simi­la­res aos raios cató­di­cos, mas que se movem em sentido oposto. 

História

A his­tó­ria dos tubos de des­carga de gás inicia com as lâm­pa­das de gás no final do século XVII, a partir da obser­va­ção de emissão de luz vinda do espaço “vazio” de um barô­me­tro de mer­cú­rio. O espaço não estava vazio, mas pre­en­chido por vapor de mer­cú­rio com baixa pressão. Este efeito foi estu­dado nos séculos seguin­tes, mas apenas na segunda metade do século XIX que Hein­rich Geis­s­ler, con­si­de­rado o pai dos tubos de des­car­gas de gás em baixa pressão, começou a criar modelos de tubos com gases diver­sos e estudar os efeitos das des­car­gas elé­tri­cas nesses.

Um tubo de des­carga de gás con­siste numa câmara com, pelo menos, dois ter­mi­nais elé­tri­cos: o ânodo, car­re­gado posi­ti­va­mente, e o cátodo, car­re­gado nega­ti­va­mente. Essa ampola arma­zena algum gás inerte, como um gás nobre, mer­cú­rio ou hidro­gê­nio. Vários for­ma­tos e mate­ri­ais dife­ren­tes foram tes­ta­dos, este site contém uma vari­e­dade enorme de modelos com fotos. 

Uti­li­zando os tubos de des­carga, foram des­co­ber­tos os raios cató­di­cos. Esses raios são feixes de luz que se ori­gi­na­vam nos cátodos e que podiam ser cur­va­dos na pre­sença de campo mag­né­tico e defle­ti­dos na pre­sença de campo elé­trico. Pos­te­ri­or­mente se des­co­briu que esses feixes são, na verdade, elé­trons que são arran­ca­dos do cátodo e ace­le­ra­dos em direção ao ânodo. No caminho, os elé­trons colidem com os gases da câmara, exci­tando-os, e estes, por sua vez, emitem luz ao relaxar. Foi a partir de expe­ri­men­tos com tubos de raios cató­di­cos que Sir Joseph John Thomson des­co­briu os elé­trons e mediu a razão entre a carga e a massa dessas par­tí­cu­las subatômicas.

Um físico alemão chamado Eugen Golds­tein tra­ba­lhava com tubos de raios cató­di­cos. Ao uti­li­zar um tubo cujo cátodo era per­fu­rado ele obser­vou que, além dos raios cató­di­cos, havia lumi­no­si­dade pas­sando pelos ori­fí­cios do cátodo e criando lumi­no­si­dade atrás deste. Esses feixes lumi­no­sos foram cha­ma­dos raios canal, ou raios anó­di­cos, e foi obser­vado que eles se des­lo­ca­vam em sentido con­trá­rio aos raios catódicos. 

Os raios anó­di­cos, dife­ren­te­mente dos raios cató­di­cos, possuem com­por­ta­mento frente a campos elé­tri­cos e mag­né­ti­cos que depen­dem dos gases que pre­en­chem a câmara. Pos­te­ri­or­mente foi des­co­berto que esses feixes eram ori­gi­na­dos da ioni­za­ção dos gases da câmara. Quando os íons ace­le­ra­dos em direção ao cátodo passam pelos ori­fí­cios, a segunda câmara do tubo é iluminada. 

A partir do estudo dos raios anó­di­cos rea­li­za­dos por Eugen Golds­tein e Wilhem Wien foi obser­vado o com­por­ta­mento do íon de Hidro­gê­nio. Esse era o íon mais sus­ce­tí­vel aos campos elé­trico e mag­né­tico e, pos­te­ri­or­mente, foi medida a razão entre a carga e massa desse íon. É fun­da­men­tal lembrar que o núcleo do Hidro­gê­nio é formado apenas por um próton, ou seja, esses tra­ba­lhos foram a pri­meira obser­va­ção regis­trada do próton. 

A pes­quisa no campo dos raios cató­di­cos e anó­di­cos foi essen­cial para o enten­di­mento do átomo, vis­lum­brava duas das três par­tí­cu­las subatô­mi­cas que formam os átomos. Além disso, esta tec­no­lo­gia pode ser con­si­de­rada o pre­cur­sor do desen­vol­vi­mento dos espec­trô­me­tros de massa, que são ampla­mente uti­li­za­dos até hoje, entre tantas outras tecnologias.

Pes­quisa: Gabriel Cury Perrone; Físico UFRGS / Setem­bro 2019