Relacion_Carga Masa 8

No

8
DEPARTAMENTO DE
FISICA Y GEOLOGIA

LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO

RELACION CARGA-MASA

UNIVERSIDAD DE PAMPLONA
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS

Objetivos
1. Observar y describir la interacción entre cargas eléctricas en movimiento y campos magnéticos
creados por bobinas.
2. Determinar que clase de partícula emite un filamento al calentarse midiendo su relación carga – masa.

Esquema dellaboratorio y materiales
Equipo requerido

Cantidad

Dispositivo para la medida de la
razón q/me
Fuente de 6,3 VCD o C.A
Fuente de 0-300 VCD
Fuente de 6-9 VCD; 2 A
Voltímetro 0-300 VCD
Amperímetro 0-2 A CD
Cables para conexión

Observaciones

1
1
1
1
1
1
6

Marco teórico y Cuestionario
Bobinas de Helmholtz
Cuando por las bobinas circula una corriente directa y constante se crea un campo magnéticoaproximadamente uniforme en su interior (representado por x en la figura 1) que se puede calcular con
la siguiente expresión:

B=

Nμ o I

⎛5⎞
⎜ ⎟
⎝4⎠

(1)

3/ 2

R

donde:
N: Número de vueltas de la bobina de Helmholtz.
I: Corriente a través de las bobinas de Helmholtz
μo = 4πx10-7 T.m/A (Permeabilidad magnética del espacio libre)
R: Radio de la bobina de Helmholtz
Las bobinas usadas tienen: N = 130y R = 15cm
Electrones acelerados por el campo eléctrico
Cuando se calienta el filamento por la fuente de corriente alterna, este emite partículas, tal como se
evaporan las moléculas de un liquido al calentarse. Este fenómeno se llama emisión termoiónica. El
potencial acelerador crea un campo eléctrico entre el ánodo y el cátodo que acelera las partículas
emitidas por el filamento. Si laspartículas parten del reposo, al final de la región de campo eléctrico
tendrán una velocidad (v), donde la energía cinética (ΔEk) ganada, será igual a la energía potencial
eléctrica perdida (ΔU):
ΔU = ΔEk
(2)
Es decir,

qV =
40

1 2
mv
2

(3)

LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO

RELACION CARGA-MASA

donde,
V: diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo (igual a la fuente de alimentación)
q,m: carga ymasa de las partículas emitidas por el filamento.
Partícula cargada entrando al campo magnético
→

Cuando las partículas salen del campo eléctrico entran al campo magnético B creado por las bobinas
→

de Helmholtz. La fuerza magnética ( Fm ) que actúa sobre cada una de las partículas, cuando entra con
→

→

→

→

una velocidad v en el campo magnético está dada por Fm = q v × B . Si el vector develocidad de la
particula es perpendicular al vector del campo magnético, la magnitud de la fuerza magnetica será:
Fm = q v B

(4)

Bajo estas condiciones la particula se moverá en una trayectoria circular de radio r, experimentando una
fuerza centrípeta de la forma :

Fc =

mv 2
r

(5)

Quien obliga a la partícula a moverse en la trayectoria circular es el campo magnético, entonces la fuerzacentrípeta en este caso es la fuerza magnética, es decir.
(6)
Fc = Fm
Así, de las ecuaciones (3),a la (6), se puede extraer la relación siguiente:

r2 =

2 m
V
B2 q

(7)

Cuestionario
1. De una descripción de las bobinas de Helmholtz y de su utilidad.
2. De una explicación más detallada para llegar de la ecuación (2) a la ecuación (7), realizando los
esquemas necesarios para las fuerzas que actúan yanalice como cambia el radio de acuerdo a los
valores de la corriente en las bobinas y del potencial acelerador.
3. De la ecuación (7), encuentre la relación carga-masa (q/m).
4. Consultar los valores de la relación carga-masa para las partículas fundamentales más importantes
(Ej: electrones. protones, y otras). ¿por qué es importante esta relación para las partículas atómicas?.
5. Consultar ydescribir el experimento histórico de Thomson para la medida de la relación carga-masa.
6. Consultar las unidades para el campo magnético y su relación entre ellas (Tesla, Gauss, Weber/m2,
Maxwell)

Procedimiento
Después de realizar las conexiones de las fuentes de voltaje para el filamento (∼6.3V), para los
electrodos y para las bobinas teniendo en cuenta las especificaciones mostradas en la figura...