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CENTRO DE CIENCIA BÁSICA ESCUELA DE INGENIERÍAS UPB FÍSICA II: Fundamentos de Electromagnetismo

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PRÁCTICA 7: RELACIÓN CARGA MASA DEL ELECTRÓN

1. OBJETIVOS:
Medir la relación carga masa de un electrón (e/m), usando un campo magnético uniforme para desviar un haz de electrones, previamente acelerados por una diferencia de potencial aplicada entre el cátodo y ánodo de un tubo de Thomson.2. PREINFORME
2.1 Resumen de la base teórica: • • • • Fuerza magnética Movimiento de partículas cargadas en campos eléctricos y magnéticos Campo magnético producido por las bobinas de Helmholtz Fuentes de luz.

2.2. Cálculos y justificaciones: • Demostrar que el campo magnético en el interior de las bobinas de Helmholtz está dado por la ecuación (1), donde N es el número de espiras, I es lacorriente de las bobinas, a es el radio de las bobinas y µ o, es la permeabilidad magnética del vacío BZ = 8µ 0 N I a5 •
3 2

≈

0,72 µ o N I a

Weber = Tesla m2

(1)

A partir de consideraciones teóricas, sobre los fenómenos físicos que tienen lugar en el experimento con el tubo de Thomson (ver figura 2), encuentre la expresión mostrada en la ecuación (2) y que se utilizará como modelode cálculo, para hallar la relación entre la carga (e) y la masa del electrón (m). e = 2Va (2) m B2R2

Donde Va es el voltaje acelerador, B la intensidad del campo magnético y R es el radio de la trayectoria circular de los electrones.

3. MATERIALES Y EQUIPO:
Equipo 2 • • • Tubo de Thomson para e/m (2525) Bobinas de Helmohltz (2502) Conectores • • • Fuente de voltaje d. c. (2800) Fuente devoltaje (2813) Interruptor

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4. MONTAJE Y DIAGRAMAS ELÉCTRICOS:

Figura 1. Montaje completo

Figura 3

Figura 2. Esquema del Montaje completo

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4.1 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO:Visualización de la trayectoria del electrón En este montaje se usa el tubo de thomson 3B (2525), en él se desprenden electrones del cátodo por efecto termoiónico, esto ocurre cuando la fuente Vf, calienta el filamento para que el cátodo suministre los electrones, los cuales son luego acelerados por la diferencia de potencia entre el cátodo y el ánodo (Va). Lo electrones acelerados salen a un tubo devidrio transparente, en el cual son interceptados por una delgada hoja de mica, que se convierte en una pantalla luminiscente cuando es excitada por la colisión con los electrones, haciendo visible la trayectoria de los electrones dentro del tubo. Las especificaciones del tubo de thomson son: • Voltaje de filamento (Vf) 6,0 V ac/dc ( 8,0 V máximo) • Voltaje de ánodo o acelerador (Va) de 2000 a 5000 Vdc ( 6000 V Máximo) • Corriente de ánodo (Ia) 0,2 mA a 4000 V Determinación del campo magnético: El tubo está montado en un stand universal (2501) que contiene las bobinas de Helmohltz (2502) al máximo espaciamiento El tubo debe estar rotado 5° para optimizar la intercepción del rayo con la pantalla. Cada bobina tienen 320 vueltas de alambre de cobre calibre swg 22. El diámetro medio de la bobinaes de 138x10 -3 m. los extremos de los alambres de la bobina están etiquetados con A el inicio y Z el final (ver figura 3).

Las bobinas de Helmohltz, conectadas en serie, resisten una corriente máxima de 2 Amperios siempre y cuando el tiempo de duración de esta corriente no exceda los 3 minutos. Se puede operar a 1,5 A pero en un tiempo no mayor de 10 minutos. Para uso continuo se recomienda unacorriente en las bobinas de 1 Amperio.
Figura 3. Terminales de las Bobinas

LA configuración de bobinas Helmohltz, se logra cuando el borde externo de la bobina coincide con la doble raya del símbolo H que está en la base del tubo como se muestra en la figura 4
Figura 4. Base del tubo

Cuando se logra la configuración, se obtiene un campo magnético uniforme entre las dos bobinas, para...