Hemos visto que se supone que el proceso de ionización en los gases consiste en la expulsión de un electrón del átomo. La carga positiva correspondiente permanece en el átomo y viaja con él. Esta diferencia entre la electricidad positiva y la negativa parece ser fundamental y, hasta el momento, no se ha encontrado ninguna explicación al respecto.
52. Radiación de energía.
Si un electrón se mueve uniformemente en línea recta con velocidad constante, el campo magnético, que viaja con él, permanece constante, y no hay pérdida de energía por radiación de este. Si, sin embargo, su movimiento es acelerado o retardado, el campo magnético se altera, y de ello resulta una pérdida de energía del electrón en forma de radiación electromagnética.
La velocidad de pérdida de energía de un electrón acelerado fue calculada por primera vez por Larmor53 y se demostró que es donde e es la carga del electrón en unidades electromagnéticas, y V la velocidad de la luz.
Cualquier alteración en la velocidad de una carga en movimiento va acompañada, por tanto, de una radiación de energía procedente de ella. Dado que el electrón, liberado en un tubo de vacío, aumenta su velocidad al atravesar el campo eléctrico, debe irradiarse energía desde él durante su paso del cátodo al ánodo. Sin embargo, puede calcularse fácilmente que, en los casos ordinarios, esta pérdida de energía es pequeña en comparación con la energía cinética adquirida por el electrón al atravesar el campo eléctrico.
Un electrón que se mueve en una órbita circular es un potente radiador de energía, ya que es acelerado constantemente hacia el centro. Un electrón que se moviera en una órbita de radio igual al radio de un átomo (alrededor de cm) perdería la mayor parte de su energía cinética de movimiento en una pequeña fracción de segundo, aun cuando su velocidad fuera originalmente casi igual a la velocidad de la luz.
Si, sin embargo, cierto número de electrones se disponen a intervalos angulares iguales en la circunferencia de un círculo y se mueven con velocidad constante alrededor del anillo, la radiación de energía es mucho menor que para un solo electrón, y disminuye rápidamente al aumentar el número de electrones alrededor del anillo.
Este resultado, obtenido por J. J. Thomson, se discutirá con más detalle más adelante cuando se considere la estabilidad de los sistemas compuestos por electrones en rotación.
Como la radiación de energía es proporcional al cuadrado de la aceleración, la proporción de la energía total radiada depende de la brusquedad con la que se pone en marcha o se detiene un electrón. Ahora bien, algunas de las partículas de los rayos catódicos se detienen bruscamente al chocar contra el cátodo metálico y, en consecuencia, ceden una fracción de su energía cinética en forma de radiación electromagnética. Stokes y Weichert sugirieron que esta radiación constituía los rayos X, cuyo origen se sabe que está en la superficie sobre la cual inciden los rayos catódicos. La teoría matemática ha sido desarrollada por J. J. Thomson54. Si el movimiento de un electrón es frenado repentinamente, un pulso esférico delgado, en el cual las fuerzas magnéticas y eléctricas son muy intensas, se propaga desde el punto de impacto a la velocidad de la luz. Cuanto más bruscamente se detiene el electrón, más delgado e intenso es el pulso.