Fotografia e Edição de Imagens: Luciano Caetano
Texto: Luciano Caetano
Consultoria Científica: Maria Beatriz Fagundes
Colaboradores: Luciano Cruz
Minúsculos elétrons, Grandes espetáculos de Ciência em Foto está licenciado com uma Licença Creative Commons – Atribuição-CompartilhaIgual 4.0 Internacional. Podem estar disponíveis autorizações adicionais às concedidas no âmbito desta licença em https://proec.ufabc.edu.br/cienciaemfoto/sobre.
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Raios! Raios catódicos! Elétrons!
Cuidado! Experimento de Física com raios catódicos e partículas sub atômicas, dentro do tubo de vidro. Pode causar estranheza e questionamentos. Aprecie com moderação.
Elétrons ao alcance
Durante anos, cientistas se dedicaram a estudos que ajudariam-nos a compreender “as menores coisas que existem” e em 1897 um desses estudos deu resultados revolucionários. O estudo em questão tentava explicar o que são os “raios azuis” que vemos no tubo e, como resultado, propôs uma nova partícula fundamental, menor que a menor partícula que conhecia-mos até então. Essa partícula, responsável pelo rastros luminosos no tubo, é o que conhecemos hoje como elétron.
Experimento carga-massa
Como sabemos que elétrons existem? Esse equipamento vai nos dar uma pista! No centro há um tubo de vidro, posicionado logo acima de um painel e entre dois grandes anéis. À esquerda, vemos uma das fontes que é conectada ao painel por meio de vários cabos. Há também, atrás da parte esférica do tubo, uma régua espelhada. Todo esse conjunto de aparelhos constitui uma versão aprimorada de um tubo de raios catódicos, o equipamento que foi utilizado para descobrir os elétrons.
Cargas negativas entre bobinas
O tubo de vidro novamente fica em destaque, no centro, entre dois objetos. Esses objetos são dois grandes anéis, feitos com fios de cobre, enrolados como se fossem linha em um carretel. Você também pode conhece-los como “bobinas”. Quando as bobinas são percorridas por uma corrente elétrica produzida por uma fonte, funcionam como um imã poderoso o suficiente para curvar raios de elétrons.
A dança dos elétrons em um tubo de vidro
O que será capaz de curvar um raio de elétrons nessa forma circular? Certamente não vemos nada encostando no raio, então só pode ser uma força que age à distância! Você conhece esse tipo de força?
Enrolando raios catódicos e desenrolando o eletromagnetismo
Veja o eletromagnetismo na prática: o rastro azul enrolando ora para um lado, ora para o outro, é deixado por partículas de carga negativa que são desviadas por um “empurrão magnético” do imã (bobinas) próximas ao tubo. Assim, girando o tubo, podemos enrolar o feixe para lá ou para cá. Enrolado? Não… isso foi uma das descobertas mais bonitas da ciência!
Controlando raios
Nesse equipamento, podemos ver um feixe de elétrons formando belos espirais devido a um empurrãozinho dado por uma força magnética.
Curvando raios
Como uma régua pode ser útil para medir algo curvo? A régua atrás do tubo é ajustada para que o zero esteja alinhado com o centro do tubo. Dessa forma, quando olhamos o valor da régua onde a projeção do raio luminoso incide, sabemos que o valor corresponde ao raio da circunferência formada pelo raio catódico... Só tenha cuidado para não confundir os raios!
Fenomenotécnica
No laboratório, não basta simplesmente ligar o aparelho na tomada e produzir o fenômeno. Para realizar um experimento científico, além de estudar a teoria envolvida é necessário saber ajustar o equipamento. No experimento com o feixe de elétrons, por exemplo, uma mudança muito pequena no valor da corrente elétrica que circula nas bobinas (de 0 para 0,89, como vemos no visor) pode alterar totalmente o resultado observado: o feixe, antes reto, torna-se curvado! E agora? Qual é "o fenômeno"?
Razão carga-massa
Foi em 1897 que J. J. Thomson mostrou que os raios catódicos eram compostos de partículas menores e mais leves do que os átomos. Através de suas observações, Thomson conseguiu calcular o valor da divisão da carga por massa do raio catódico: 175.820.010.760 Coulombs de carga para cada quilograma de massa, ou 1,758 * 10^11 [C kg^-1] em notação científica.
Para os que chegaram até aqui…
Queremos acrescentar: Essas imagens foram produzidas nos laboratórios didáticos de Física da UFABC com o intuito de serem usadas para divulgar a ciência. O manuseio dos equipamentos foi assistido por um grupo de excepcionais técnicos de laboratório. As imagens podem ter sido embelezadas digitalmente com o uso de softwares de edição de imagem.
…Fim!