Thomson

UNIDAD 1. INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA Y A LA ESTRUCTURA ATÓMICA
Descubrimiento de las partículas subatómicas. El electrón
Ficha 1. Antecedentes (Modelo de Thomson)

1. Observe los siguientes videos:
Rayos catódicos (tienen carga eléctrica)
http://www.youtube.com/watch?v=F9-RRwJmNAs&NR=1&feature=fvwp
Rayos catódicos (son partículas)http://www.youtube.com/watch?v=Z4yrVgk5Vp8&NR=1&feature=fvwp
Comportamiento de rayos catódicos en presencia de un campo magnético
http://www.youtube.com/watch?v=5A6ypp-7S1Q

2. Anote sus observaciones para cada uno de ellos.

3. Realice la investigación pertinente para contestar lo siguiente:
a. ¿Qué es la fuerza centrípeta y cómo se calcula?
b. ¿Qué es la fuerza magnética?
c. ¿Qué esun campo magnético?
d. ¿Cuál es la expresión matemática que describe la fuerza magnética que experimenta una partícula cargada al moverse dentro de un campo magnético?
e. ¿Cómo se comporta una partícula cargada al moverse dentro de un campo magnético? Investigue la expresión matemática de la fuerza magnética que experimenta una partícula cargada al moverse dentro de un campomagnético.
(Sugerencia: Serway R. A., Física (tomo 2), 4ª edición, Mc Graw Hill, México 1997, Capítulo 29 Campos magnéticos, p 836-838)
f. Investigue lo que establece la “regla de la mano izquierda”
Obtención de la expresión general de la relación carga-masa
4. Responda lo siguiente para obtener las ecuaciones correspondientes a la relación carga-masa.
g. Si una partícula de carganegativa se mueve se mueve a una velocidad v dentro de un campo magnético de intensidad B, experimenta una fuerza magnética Fm, descrita por la expresión:

____________________........... (1)

h. A su vez, la magnitud de la fuerza magnética queda descrita por:

_____________________ …….. (2)

i. Si la partícula se mueve en dirección ortogonal (perpendicular) a la dirección delcampo magnético, entonces el ángulo es de 90° y la ecuación anterior se expresa como:

_____________________ …….. (3)

j. A partir de sus observaciones (descritas en los videos), J. J. Thomson planteó que los rayos catódicos están constituidos por partículas cargadas negativamente. Si su planteamiento es correcto, entonces el cambio de trayectoria que experimentan las partículas se debea la fuerza centrípeta que sienten, la cuál es provocada por el campo magnético y por lo tanto matemáticamente se pueden igualar las expresiones de la fuerza centrípeta (FC) y la fuerza magnética (Fm).
FC = Fm
k. Iguale la expresión de la fuerza centrípeta que investigó en el inciso a) de la pregunta 3 con la expresión de la fuerza magnética que obtuvo en el inciso c) de este desarrollo.l. Una vez hecho esto, despeje el cociente q/m para obtener la expresión de la relación q/m de una partícula cargada que forma parte de los rayos catódicos.

q/m = _________________ …….(4)

Con esta expresión puede obtener la relación q/m cuando conozca la velocidad (v) con la que se mueven las partículas, así como el radio de curvatura (r) que se describe y la intensidad del campomagnético aplicado (B).

Sin embargo, no es sencillo determinar la velocidad de las partículas de forma experimental. Para ello es necesario estimar su velocidad de manera indirecta como se muestra a continuación.

Cálculo de la velocidad de las partículas (electrones) que forman el haz de rayos catódicos.

5. Si consideramos que los rayos catódicos están formados por partículas y que segeneran como consecuencia de la aplicación de un Alto voltaje entre dos electrodos (ánodo y cátodo), entonces se puede calcular la velocidad de estas partículas si sabemos que la Energía cinética que cada una de ellas adquiere es igual a

Ecin = q V ……… (5)

Donde q es la carga de una partícula y V el alto voltaje generado entre los electrodos

6. Por otro lado, si igualamos la...