¡Cuanto más profundo el vacío, más colores！？El misterioso mundo de los tubos de vacío que brillan bajo alto voltaje
Hola, soy Ken Kuwako, entrenador de ciencia. Cada día es un experimento.
En una habitación completamente oscura, un tubo de vidrio comienza a brillar suavemente. Azul, rosa, naranja… cambios de color que recuerdan a una aurora. No se trata de una iluminación especial ni de imágenes generadas por computadora. Es un experimento de física en el que el color cambia según el grado de vacío. En esta ocasión, vamos a presentar el fascinante fenómeno de emisión de luz que ocurre al aplicar alto voltaje a un tubo de vacío, junto con su explicación.
¿Qué es un tubo de vacío?
¿Has escuchado alguna vez el término “tubo de vacío”? Fue un componente electrónico indispensable en radios, televisores y computadoras del pasado, y puede considerarse el “antepasado” de los transistores e integrados modernos. Su funcionamiento básico es muy simple: se extrae el aire del interior del tubo de vidrio para crear un estado cercano al vacío, y dentro se colocan electrodos para hacer pasar corriente eléctrica. En el vacío, los electrones pueden moverse libremente sin chocar con moléculas de aire, lo que permite un control muy preciso de la corriente eléctrica.
Por qué el color cambia según el grado de vacío
En este experimento, se puede observar que al aplicar alto voltaje a cuatro tubos con diferentes niveles de vacío, cada uno emite un color distinto. Mira este video:
Observemos el color del tubo de descarga más a la izquierda.
Segundo
Tercero
Cuarto: parece luz blanca.
¿Por qué cambia el color? La clave está en el tipo y la cantidad de gas que queda dentro del tubo. Al aplicar voltaje, los electrodos emiten electrones de alta velocidad. Cuando estos electrones chocan con las moléculas de gas restantes dentro del tubo, las moléculas se excitan (aumentan su nivel de energía). Luego, al volver a su estado original, emiten luz, y la longitud de onda (es decir, el color) depende del tipo de gas.
En tubos con un bajo nivel de vacío (es decir, con más aire restante), moléculas como el nitrógeno y el oxígeno participan en la emisión de luz, dando lugar a colores rosados o anaranjados. A medida que el vacío aumenta y disminuyen los gases residuales, la luz se vuelve azulada o cercana al ultravioleta. Cuando el vacío es extremadamente alto, los electrones chocan con las paredes internas del tubo de vidrio y se produce fluorescencia (luz verde). Este fenómeno se conoce como “rayos catódicos” y es el mismo principio de los antiguos televisores de tubo. En otras palabras, el cambio de color es una señal que nos indica con qué están chocando los electrones.
Aquí se muestra el esquema general del dispositivo.
El día en que comprendí con mi propio cuerpo el peligro de la bobina de inducción
Mientras realizaba este experimento, ocurrió algo que nunca olvidaré. Estaba explicando el funcionamiento del tubo de vacío cuando, por accidente, toqué el electrodo de la bobina de inducción. En ese instante, casi perdí la conciencia. Sentí una descarga brutal y salí despedido hacia atrás, quedándome agachado en el suelo. Siempre he explicado que “el alto voltaje es peligroso”, pero ese día experimenté el peligro de la electricidad de forma directa en mi propio cuerpo.
La bobina de inducción puede parecer un dispositivo pequeño, pero es capaz de generar tensiones de decenas de miles de voltios. Detrás de sus hermosos efectos luminosos se esconde una energía muy peligrosa si se maneja incorrectamente. Al observar este tipo de experimentos, es importante mantener siempre una distancia de seguridad.
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