El tubo de rayos catódicos (CRT, del inglés Cathode Ray Tube) es una tecnología que permite

visualizar imágenes mediante un haz de rayos catódicosconstante dirigido contra una pantalla de vidrio

recubierta de fósforo y plomo. El fósforo permite reproducir la imagen proveniente del haz de rayos

catódicos, mientras que el plomo bloquea los rayos X para proteger al usuario de sus radiaciones. Fue

desarrollado por William Crookes en 1875. Se emplea principalmente

en monitores, televisores y osciloscopios, aunque en la actualidad se está sustituyendo paulatinamente

por tecnologías como plasma, LCD,LED o DLP.

ORIGENES: El tubo de rayos catódicos, o CRT, fue inventado en 1897 por Ferdinand Braun, un científico

alemán, pero no se utilizó hasta la creación de los primeros televisores a finales de la década de 1940. El

primer televisor fue creado el 26 de enero de 1926 por John Logie Baird. A pesar de que los CRT que se

utilizan en los monitores modernos tuvieron muchas modificaciones que les permitieron mejorar la calidad

de la imagen, siguen utilizando los mismos principios básicos. La primera versión del tubo catódico fue

un diodo de cátodo frío, en realidad una modificación del tubo de Crookes con una capa de fósforo sobre

el frontal. A este tubo se le llama a veces tubo Braun. La primera versión que utilizaba un cátodo caliente

fue desarrollada por J. B. Johnson y H. W. Weinhart de la sociedad Western Electric. Este producto se

comercializó en 1922.

Electricidad estática

Algunas pantallas o televisores que utilizan tubos catódicos pueden acumular electricidad estática, inofensiva, sobre el frontal del tubo, lo que puede implicar la acumulación de polvo, que reduce la calidad de la imagen. Se hace necesaria una limpieza (con un trapo seco o un producto adecuado, ya que algunos productos pueden dañar la capa antirreflejo, si esta existe).

Un tubo de rayos catódicos consiste esencialmente en un cañón de electrones capaz de generar un delgado haz electrónico, un sistema deflector y una pantalla recubierta por una fina capa de una sustancia luminiscente.

El tubo de rayos catódicos o TRC es una de las principales piezas en el funcionamiento de un televisor. Gracias a esta válvula electrónica las señales eléctricas que se procesan desde su recepción en la antena y hasta su llegada a la placa base del TRC, pueden ser convertidas en información lumínica.

- INICIOS:

El tubo de rayos catódicos, o CRT, fue desarrollado por Ferdinand Braun, un científico Alemán, en 1897 pero no se utilizó hasta la creación de los primeros televisores a finales de la década de 1940. A pesar de que los tubos de rayos catódicos que se utilizan en los monitores modernos tuvieron muchas modificaciones que les permitieron mejorar la calidad de la imagen, siguen utilizando los mismos principios básicos.

La primera versión del tubo catódico fue un diodo de cátodo frío, en realidad una modificación del tubo de Crookes* con una capa de fósforo sobre el frontal. A este tubo se le llama a veces tubo Braun. La primera versión que utilizaba un cátodo caliente fue desarrollada por J. B. Johnson y H. W. Weinhart de la sociedad Western Electric. Este producto se comercializó en

1922.

- PARTES:

Las partes que componen un TRC son:

Filamento: Es el elemento calefactor del cátodo, es decir, le proporciona la energía calorífica necesaria para que se desprendan electrones del K.

Cátodo: Cilindro hueco de níquel recubierto en su extremo derecho por sustancias emisoras de electrones (óxido de bario y estroncio). En su interior se encuentra el filamento. La tensión entre el K y el filamento no debe exceder del límite máximo marcado por cada tipo de tubo.

Wenhelt: También conocida como rejilla de control consiste en un cilindro metálico con un orificio circular en el fondo, el cual rodea al cátodo y cuya misión es la de controlar el flujo de electrones que desde el K se dirigen a la pantalla.

Ánodo acelerador: Existen 3, tienen forma de cilindro, ya dan una aceleración a los electrones a través de diferentes diferencias de potencial.

Ánodo de enfoque: Como a partir del primer ánodo acelerador el haz se hace divergente, ese necesario concentrarlo y para ello se utiliza el ánodo de enfoque. Cada tubo tiene una tensión de enfoque óptima.

Pantalla del tubo de imagen: Es la parte final del TRC y sobre la que va a incidir el haz de electrones que al chocar con ella producirá un punto luminoso. Está formada por: la parte externa de vidrio, la capa fluorescente que cubre la cara interna, y una película de aluminio vaporizado.

- ¿CÓMO SE DIRIGEN LOS ELECTRONES A LA PANTALLA?

El pincel de electrones emitido por el cátodo de un TRC no choca permanentemente en el centro de la pantalla, sino que recibe dos movimientos simultáneos de vaivén ó de deflexión:

1.Movimiento en sentido horizontal: deflexión horizontal.El campo magnético se consigue mediante las llamadas bobinas de desviación horizontal o de líneas.

2.Movimiento en sentido vertical: deflexión vertical.El campo magnético se consigue mediante las llamadas bobinas de deflexión vertical o de cuadro, por las que se hace circular una intensidad de corriente también en forma de diente de sierra.

Con estos dos movimientos se obtiene en la pantalla una serie de líneas casi horizontales. Dada la gran rapidez de repetición del barrido de las líneas, el ojo las integra, dando la sensación de que toda la pantalla está iluminada al mismo tiempo.

Estas deflexiones se consiguen con ayuda de campos magnéticos, ya que cuando el chorro de electrones atraviesa un campo magnético perpendicular a sus líneas de fuerza, sufre una desviación.

Karl Ferdinand Braun (1850-1918): Premiado en 1909 con el Premio Nobel de Física, junto con Marconi por su trabajo en el desarrollo de la telegrafía sin hilos y especialmente por las mejoras técnicas introducidas en el sistema de transmisión".

*El tubo de Crookes 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

- APLICACIONES:

El tubo de rayos catódicos es un dispositivo de visualización utilizado principalmente en pantallas de ordenadores, televisiones y osciloscopios, aunque en la actualidad se tiende a ir sustituyéndolo paulatinamente por tecnologías como plasma, LCD, DLP, etc.

Tubo de rayos catódicos para televisión.

En televisión, el tubo de rayos catódicos se designa frecuentemente como tubo de imagen o simplemente como pantalla y tiene características particulares para esta aplicación, distintas a las de los tubos de rayos catódicos utilizados en los osciloscopios, en particular su forma, dimensiones y método de deflexión del haz electrónico.

2.-FUNCIONAMIENTO

2.1 Relación Carga-masa

Entre los años 1898 a 1903, el físico inglés J. J. Thomson , realizó el primer experimento interesante que condujo a un modelo sobre la composición de los átomos. Estudió la descarga eléctrica que se produce dentro de tubos al vacío parcial(algo de aire), llamados Tubos de Rayos Catódicos. El aire enrarecido sirve para que, si alguna partícula pequeña se desplaza y choca una molécula de Nitrógeno u Oxígeno, se produzca una iluminación en la dirección del flujo de partículas de modo que pueda ser identificado.

Thomson encontró que cuando un voltaje suficientemente alto (proveniente de una pila o bobina) era aplicado entre los electrodos , un rayo que el llamó rayo catódico (porque comenzaba en el electrodo negativo de la pila), se producía. Este rayo viajaba hacia el electrodo (+) por lo que dedujo que se trataba de un flujo de partículas repelidas por el electrodo (-) que necesariamente significaba que eran partículas cargadas (-) atraídas por el electrodo (+) y que llamó desde entonces electrones e- .

Para demostrar que efectivamente se trataba de partículas cargadas(-), Thomson ideó colocar "otra pila" con electrodos (+) y (-) perpendiculares al haz que se origina en el polo (-). Así, él también descubrió que el flujo se desviaba hacia el polo (+) de la pila.

Thomson pudo encontrar la razón carga /masa para el electrón midiendo la desviación del haz de electrones aplicando campos magnéticos ( Imán, simplemente) y eléctricos, logrando como resultado que:

Donde la carga del electrón se mide en coulombs y es la masa del electrón en gramos.

2.2 Movimiento entre las placas del condensador

Cuando eliminamos el campo magnético, el electrón se mueve bajo la acción de la fuerza eléctrica F=qE constante en la región del condensador perpendicular a la dirección inicial de su velocidad. Utilizamos las ecuaciones del movimiento curvilíneo bajo aceleración constante para posteriormente hallar su trayectoria:

Si L es la longitud del condensador, la desviación vertical y de la partícula al salir de sus placas será :

2.3 Movimiento fuera de las placas del condensador

Una vez que el electrón ha salido de las placas del condensador, sigue un movimiento rectilíneo uniforme, hasta que llega a la pantalla. La desviación total del haz en la pantalla situada a una distancia D del condensador es:

Donde vy y vx son las componentes del vector velocidad en el instante en el que el electrón abandona la región situada entre las placas del condensador x=L.

Tubo de rayos catódicos de uso científico

A la izquierda vemos un tubo de rayos catódicos similar al que usó Thomson hacia 1897. Pasemos el ratón por él para ver sus componentes.

Después del ánodo se ha añadido una zona donde se pueden insertar campos eléctricos y magnéticos perpendiculares a la radiación, para comprobar si posee carga eléctrica y su signo.

Así se comprobó que los rayos catódicos eran cargas negativas, que luego se denominarían electrones. Más tarde se comprobó que si en el tubo había algo de gas hidrógeno se originaba una radiación formada por partículas positivas más pesadas que los electrones, los protones.

Thomson había dado así un gran salto en la búsqueda del átomo moderno con ayuda del tubo de rayos catódicos.

Conclusiones sobre el tubo de rayos catódicos

Los rayos catódicos se producen en tubos con gas enrarecido cuando entre dos puntos se establece una diferencia de potencial elevada (típicamente decenas de miles de voltios); en ocasiones el escaso gas presente se excita a su paso, permitiendo ver la radiación. Si el vacío es más profundo, los rayos catódicos se ven como un punto excitado en la zona de proyección.

Los rayos catódicos son haces de electrones provenientes del cátodo y acelerados por la diferencia de potencial con el ánodo.

La presencia en el camino de una zona con campo eléctrico produce una desviación parabólica del haz mientras la atraviesa.

Si lo que se interpone es un campo magnético, el haz se desvía siguiendo un arco de circunferencia.

Si la diferencia de potencial aceleradora es suficientemente grande, se aprecian los fenómenos relativistas de aumento de masa y de imposibilidad de rebasar la velocidad de la luz.