Medida De La Carga Específica Del Electrón
Páginas: 6 (1402 palabras)
Publicado: 12 de enero de 2013
Santiago de la Riva Asuín
Práctica 25
Medida de la carga específica del electrón
INTRODUCCIÓN
El objetivo de esta práctica es medir la relación carga-masa del electrón, midiendo el radio de la trayectoria que sigue un haz de electrones en un campo magnético.
FUNDAMENTO TEÓRICO.
Cuando una carga puntual v se mueve con velocidad en dirección perpendicular a un campo magnéticouniforme B, ésta experimenta una fuerza
Fuerza de Lorentz: F=ev × B
La fuerza centrípeta F=mev2r imprime al electrón un movimiento de rotación haciendo que trace una circunferencia de radio r. Entonces se verifica que:
mev2r=e×v×B→eme=vrB
Esta última expresión permite hallar el cociente carga/masa del electrón midiendo el radio de la trayectoria descrita por éste cuando entra en un campomagnético B con velocidad v perpendicular al mismo
MÉTODO EXPERIMENTAL
El dispositivo experimental está compuesto por un tubo de rayos catódicos que consta de un cañón de electrones dentro de una ampolla transparente, en la que se ha hecho el vacío y que tiene un determinado gas residual (neón). El cañón de electrones está formado por un cátodo de óxido de caldeo indirecto, un cilindro de Wehnelty un ánodo con orificio central. El cañón de electrones consta de un filamento que calienta un material que actúa de cátodo emitiendo electrones por efecto termoiónico y una placa metálica, a la que se aplica un potencial positivo, que es el ánodo. Entre ambos electrodos, y cerca del cátodo, se coloca un tercer electrodo (cilindro de Wehnelt) que sirve para controlar el paso de electrones haciael ánodo. El ánodo tiene un pequeño orificio que permite al haz de electrones entrar en la ampolla de cristal. Los electrones interaccionan con los átomos del gas formando iones que, al recombinarse, emiten luz haciendo visible la trayectoria dentro de la ampolla. En el interior de la ampolla hay unas marcas de medida que permiten la medición del radio o diámetro de la circunferencia formada por elrayo de electrones en el campo magnético.
Todo esto se coloca en el centro dos espiras circulares (carretes de Helmholtz) que proporcionan un campo magnético uniforme en la región en la que se realizarán las medidas. Si llamamos Va a la diferencia de potencial que establecemos entre cátodo y ánodo, también llamada tensión de aceleración, el principio de conservación de la energía nos permiteconocer la velocidad v con la que entra el electrón en el campo magnético a partir de la expresión:
mev22=eVa
Una bobina de N espiras de radio R creará un campo en su eje a una distancia al centro x=R2 de:
B=μ0NI2R(45)32
Los carretes de Helmholtz están formados por dos bobinas de radio R de N espiras cada una, separadas entre sí unadistancia también R. Teniendo en cuenta la expresión anterior, el campo resultante en el centro del eje será la suma del de cada una de ellas. Si se conectan en serie, la misma intensidad I circulará por cada una, por lo que el campo será el doble, es decir:
B=0,716μ0NIR ; siendo μ0=1.257×10-6 Tm/A
Teniendo en cuenta que N=124 espiras y R=0.1475m en el tubo con neón
MODO DE OPERAR
Hay quecalentar el cátodo conectándolo a la fuente de alimentación. Se hace circular corriente por los carretes, de tal manera que, la circunferencia que describen los electrones tengan radios de 3, 4 ó 5 cm. En estos puntos hay que hacer que el haz de electrones coincida con las marcas de medida, variando la intensidad de corriente y el potencial, evitando que haya errores.
Midiendo la intensidad con elamperímetro podremos hallar el campo magnético, y el potencial de ánodo lo mediremos con el voltímetro. Sabiendo r tendremos la relación carga/masa del electrón que buscamos mediante la ecuación:
eme=2Var2B2
RESULTADOS EXPERIMENTALES
1. Para cada uno de los potenciales siguientes aplicados al ánodo (150, 170, 190, 210, 230 y 250 V), variar la intensidad que circula por los carretes...
Práctica 25
Medida de la carga específica del electrón
INTRODUCCIÓN
El objetivo de esta práctica es medir la relación carga-masa del electrón, midiendo el radio de la trayectoria que sigue un haz de electrones en un campo magnético.
FUNDAMENTO TEÓRICO.
Cuando una carga puntual v se mueve con velocidad en dirección perpendicular a un campo magnéticouniforme B, ésta experimenta una fuerza
Fuerza de Lorentz: F=ev × B
La fuerza centrípeta F=mev2r imprime al electrón un movimiento de rotación haciendo que trace una circunferencia de radio r. Entonces se verifica que:
mev2r=e×v×B→eme=vrB
Esta última expresión permite hallar el cociente carga/masa del electrón midiendo el radio de la trayectoria descrita por éste cuando entra en un campomagnético B con velocidad v perpendicular al mismo
MÉTODO EXPERIMENTAL
El dispositivo experimental está compuesto por un tubo de rayos catódicos que consta de un cañón de electrones dentro de una ampolla transparente, en la que se ha hecho el vacío y que tiene un determinado gas residual (neón). El cañón de electrones está formado por un cátodo de óxido de caldeo indirecto, un cilindro de Wehnelty un ánodo con orificio central. El cañón de electrones consta de un filamento que calienta un material que actúa de cátodo emitiendo electrones por efecto termoiónico y una placa metálica, a la que se aplica un potencial positivo, que es el ánodo. Entre ambos electrodos, y cerca del cátodo, se coloca un tercer electrodo (cilindro de Wehnelt) que sirve para controlar el paso de electrones haciael ánodo. El ánodo tiene un pequeño orificio que permite al haz de electrones entrar en la ampolla de cristal. Los electrones interaccionan con los átomos del gas formando iones que, al recombinarse, emiten luz haciendo visible la trayectoria dentro de la ampolla. En el interior de la ampolla hay unas marcas de medida que permiten la medición del radio o diámetro de la circunferencia formada por elrayo de electrones en el campo magnético.
Todo esto se coloca en el centro dos espiras circulares (carretes de Helmholtz) que proporcionan un campo magnético uniforme en la región en la que se realizarán las medidas. Si llamamos Va a la diferencia de potencial que establecemos entre cátodo y ánodo, también llamada tensión de aceleración, el principio de conservación de la energía nos permiteconocer la velocidad v con la que entra el electrón en el campo magnético a partir de la expresión:
mev22=eVa
Una bobina de N espiras de radio R creará un campo en su eje a una distancia al centro x=R2 de:
B=μ0NI2R(45)32
Los carretes de Helmholtz están formados por dos bobinas de radio R de N espiras cada una, separadas entre sí unadistancia también R. Teniendo en cuenta la expresión anterior, el campo resultante en el centro del eje será la suma del de cada una de ellas. Si se conectan en serie, la misma intensidad I circulará por cada una, por lo que el campo será el doble, es decir:
B=0,716μ0NIR ; siendo μ0=1.257×10-6 Tm/A
Teniendo en cuenta que N=124 espiras y R=0.1475m en el tubo con neón
MODO DE OPERAR
Hay quecalentar el cátodo conectándolo a la fuente de alimentación. Se hace circular corriente por los carretes, de tal manera que, la circunferencia que describen los electrones tengan radios de 3, 4 ó 5 cm. En estos puntos hay que hacer que el haz de electrones coincida con las marcas de medida, variando la intensidad de corriente y el potencial, evitando que haya errores.
Midiendo la intensidad con elamperímetro podremos hallar el campo magnético, y el potencial de ánodo lo mediremos con el voltímetro. Sabiendo r tendremos la relación carga/masa del electrón que buscamos mediante la ecuación:
eme=2Var2B2
RESULTADOS EXPERIMENTALES
1. Para cada uno de los potenciales siguientes aplicados al ánodo (150, 170, 190, 210, 230 y 250 V), variar la intensidad que circula por los carretes...
Leer documento completo
Regístrate para leer el documento completo.