Carga del electrón

LD
Hojas
de Física

Física atómica y nuclear
Experimentos introductorios
Carga específica del electrón

P6.1.3.1

Determinación de la carga
específica del electrón

Objetivos del experimento

̇
̇
̇

Estudio de la desviación de los electrones dentro de un campo magnético en una órbita circular.
Determinación del campo magnético B en función del potencial de aceleración U de los electrones a unradio
constante r.
Determinación de la carga específica del electrón.

Principios
Es difícil hallar la masa me del electrón en forma
experimental. Es más fácil determinar la carga específica del
electrón.
ε=

e
me

(I),

de donde se puede calcular la masa me si se conoce la carga
elemental e:
Un electrón que se mueve a una velocidad v en forma
perpendicular al campo magnético homogéneo B, estásujeto
a la fuerza de Lorentz
F = e ⋅v ⋅B

(II)

la cual es perpendicular a la velocidad y al campo magnético.
Como una fuerza centrípeta

F = me ⋅

v2
r

(III)

fuerza al electrón a describir una órbita de radio r (Ver Fig. 1),
por lo tanto

e
v
=
me r ⋅ B

(IV).

En el experimento, los electrones son acelerados en un tubo
de rayo electrónico filiforme por el potencial U. La energía
cinética resultantees
e ⋅U =

me 2
⋅v
2

(V).

Por ende, la carga específica del electrón es

e
2 ⋅U
=
me (r ⋅ B )2

Fig. 1

(VI).

Desviación de electrones dentro de un campo magnético B
debida a la fuerza de Lorentz F en una órbita circular de un
radio específico r.

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Se reservan las alteraciones técnicas

P6.1.3.1

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Materiales
1 tubo de de rayo electrónico filiforme
1 bobina de Helmholtz
con soporte y dispositivo de medición

555 571
555 581

1 fuente de alimentación de CC de 0 … 500 V
1 fuente de alimentación de CC de 0 … 20 V

521 65
521 54

1 voltímetro, CC, U ≤ 300 V por ejemplo:
1 amperímetro, CC, I≤ 3 A por ejemplo:

531 100
531 100

1 cinta métrica de acero, 2 m

311 77

3 cables de seguridad, 25 cm
3 cables de seguridad, 50 cm
7 cables de seguridad, 100 cm

500 614
500 624
500 644

Se recomienda adicionalmente:
1 teslámetro
1 sonda axial B
1 cable de unión de 6 polos, de 1,5 m de largo

516 62
516 61
501 16

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El tubo de rayo electrónico filiforme contiene moléculas dehidrógeno a baja presión, las cuales emiten luz al colisionar
con los electrones. Esto hace que la órbita de los electrones
sea visible indirectamente, y que se pueda medir
directamente el radio r de la órbita con una regla.
El campo magnético B es generado por un par de bobinas de
Helmholtz y es proporcional a la corriente I en las bobinas de
Helmholtz:
(VII)
B = k ⋅I
Luego de reformular lasecuaciones (VI) y (VII) obtenemos la
dependencia de la corriente I respecto del potencial de
aceleración U, en el campo magnético cuyo radio orbital r de
los electrones se mantiene a un valor constante.
U=

e 1 2 2 2
⋅ ⋅ r ⋅k ⋅I
me 2

(VIII)

El factor de proporcionalidad
3

 4 2 n
(IX)
k = µ0 ⋅   ⋅
5 R
Vs
: constante de campo magnético
µ0 = 4π ⋅ 10 −7
Am

se puede calcular ya sea a partir delradio de la bobina R =
150 mm y el factor de bobinado n = 130 por bobina, o se
puede determinar registrando una curva de calibración B =
f(I). Ahora todos los factores determinantes para calcular la
carga específica del electrón son conocidos.

Notas de seguridad
Atención: El tubo de rayo electrónico filiforme necesita
peligrosos niveles de tensión de contacto de hasta 300 V
para acelerar loselectrones. Otras tensiones que están
conectadas con esta peligrosa tensión de contacto también
representan riesgo de contacto. Por lo tanto, habrá
peligrosas tensiones de contacto en el panel de conexiones
del soporte y en las bobinas de Helmholtz cuando el tubo de
rayo electrónico filiforme esté en funcionamiento.
ﾐ Utilice únicamente cables de seguridad para conectar el
panel de conexiones.
ﾐ...