• Monthly Highlight — Goldstein’s Tube and Anode Rays
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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.


History

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.

You­tu­be video showing a wor­king Golds­tein Tube. It is pos­si­ble to cle­arly see the Catho­de Rays (green) and the Anode Rays (pink).

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


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