Eletromagnetismo 2009/1: TUBO DE RAIOS CATÓDICOS

Normalmente, gases não conduzem corrente elétrica quando estão à pressão ambiente. Mas quando submetidos a baixas pressões, eles podem se tornar condutores elétricos. Esta descoberta foi possível graças a experiência do Tubo de Raios Catódicos.
A primeira experiência que provou tal teoria foi realizada pelo cientista Faraday que, por volta de 1830, desenvolveu a teoria da materialidade das cargas elétricas, a qual cada valência química de um átomo deveria estar associada a uma partícula portadora de uma determinada quantidade fundamental de eletricidade. Mais tarde esta teoria foi confirmada pelos cientistas Henrich Geissler, Johann Hittorf e William Crookes.
No ano de 1886, o cientista Crookes ligou uma bomba de vácuo que visa diminuir a pressão interna em um tubo de vidro. Nas pontas deste tubo há extremidades metálicas chamadas de eletrodos, os quais são ligados a uma bateria. Ao se reduzir a pressão interna para um décimo da pressão ambiente, observa-se que o gás entre os eletrodos emite uma luminosidade. Reduzindo-se esta pressão a cerca de 100 mil vezes menor do que a pressão ambiente, a luminosidade desaparece, restando apenas uma mancha luminosa atrás do pólo positivo. Esta mancha foi atribuída a raios invisíveis provenientes do cátodo, os quais foram denominados raios catódicos.
Posteriormente, em 1897, o cientista Karl Ferdinando Braun apresentou a primeira aplicação do tubo de raios catódicos, ou seja a emissão de elétrons do filamento aquecido em vácuo ou devido ao bombardeamento do cátodo pela ação de íons positivos em um tubo de descarga com a finalidade de medição. Esta experiência consistia de um cátodo, um anodo inserido lateralmente e um diafragma para a conformação anular do feixe eletrônico o qual incide sobre um anteparo de mica, cuja face é recoberta com uma substância mineral fluorescente que, ao sofrer bombardeamento dos elétrons, projeta sobre a tela um ponto luminescente. Este ponto pode ser defletido em qualquer direção por meio de um campo magnético ou eletrostático, de maneira a reproduzir na tela fluorescente dois fenômenos elétricos relacionados, como por exemplo, o aumento linear de uma corrente em função do tempo, dando assim origem ao oscilógrafo de raios catódicos.
Futuramente, na década de 1950, a aplicação desenvolvida por Braun foi importante para o desenvolvimento dos primeiros receptores de TV. Apesar dos tubos na época ainda serem circulares com telas não maiores do que 23 cm, produzindo imagens muito reduzidas, estas eram projetadas sobre uma tela opaca através de um sistema ótico que, em contrapartida, reduzia consideravelmente sua luminosidade. Nos dias atuais as telas são recobertas com complexas misturas de Fósforo em presença de ativadores, que aumentam a eficiência luminosa. Recebem ainda um tratamento superficial denominado de "metal backing" que consiste de uma tênue camada de Alumínio que atua como elemento refletor, concentrando o feixe luminoso. Com o desenvolvimento tecnológico, estas telas estão sendo gradativamente substituídas por novas de LCD e plasma.

Esquemático de um moderno tubo de raios catódicos.

Tubo de Crookes

Ilustração de um tubo de raios catódicos modelo MW6-2 fabricado pela Philips e, usado nos primeiros televisores de tela projetada.