DINAMICA DE UN ELECTRON EN UN CAMPO ELECTRICO UNIFORME

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1 DINAMICA DE UN ELECTRON EN UN CAMPO ELECTRICO UNIFORME D. Giraldo a, E. Valdes a J. Rodriguez a y A. Duarte a a Facultad de Ingeniería mecánica Universidad Pontificia Bolivariana de Medellín. Colombia a Facultad de Ingeniería aeronáutica Universidad Pontificia Bolivariana de Medellín. Colombia RESUMEN Este trabajo se basa en el estudio de partículas cargadas moviéndose a través de un campo uniforme, con una velocidad perpendicular a la de dicho campo. Las partículas experimentan una deflexión describiendo una trayectoria parabólica. Este fenómeno, puede ser resultado de emplear diversos métodos; en este caso, fue a causa del efecto termoiónico; el cual consiste en desprender electrones de dos placas por medio de la inducción de calor. También se analizara el funcionamiento de los tubos de rayos catódicos y la visualización de la aceleración de los electrones en un campo eléctrico. Palabras claves: termoiónico, campo eléctrico, deflexión, rayos catódicos. 1. INTRODUCCIÓN En el siguiente artículo, vamos a dar a conocer los datos obtenidos en la experimentación presencial en donde se puede observar la dinámica de un electrón en un campo eléctrico uniforme cuantitativamente y cualitativamente, como visualizarlo mediante una de varias técnicas posibles y entender lo que sucede cuando se le aplican campos eléctricos perpendiculares entre ellos 2. MODELO TEÓRICO Para poder visualizar el movimiento del electrón, se debe hacer mover dentro de un gas, da tal manera que las colisiones del electrón en movimiento con el gas, hagan que el gas emita luz haciendo visible la trayectoria del electrón. En algunos casos se acostumbra sólo a usar una pantalla recubierta de una materia por ejemplo fósforo y cuando el electrón colisiona con la pantalla se visualiza en ésta un punto de luz. Con ello se calibra la pantalla, de tal forma

2 que cuando el campo deflector es cero el punto de luz que se ve en la pantalla, se asume como el punto (0, 0), luego se genera el campo deflector y se ve ubica el punto en la pantalla que, por ende, ya no coincide con el anterior, esto se convierte en la prueba experimental cualitativa de la trayectoria parabólica que ha descrito el electrón durante su viaje por el campo eléctrico deflector (ver figura 2). Figura 2: Deflexión eléctrica del electrón V = 2(e)Va Me ECUACIONES UTILIZADAS E = 0 = 2(1.6x10 19 c)(350v) 9.1x10 31 kg = 11.1x10 6 m/s i v y = (e V d md ) ( l v x ) v y = (e V d md ) l 2(e)Va ( Me ) E:1.6 x10 19 M: 9,1x10 31 D: 1.2cm L: 2cm

3 3. DESARROLLO EXPERIMENTAL El cátodo se calienta indirectamente por medio de una fuente V5, de 6,3 v (AC). El tubo tiene un ánodo o electrodo auxiliar y un ánodo, estos dos últimos tienen la forma de discos con un orificio central para el paso del rayo electrónico. Las placas de desviación se hallan unidas entre sí y con el ánodo mediante un circuito de alta resistencia óhmica. La alimentación para el cátodo, los ánodos y las placas de desviación tiene lugar a través del soporte (B) para tubos electrónicos. Los voltajes para el funcionamiento del tubo se toman de la fuente de alimentación múltiple (A). El voltaje en el electrodo auxiliar Soporte del V1, debe ser de 8 a 10 voltios y se selecciona de Fuente Múltiple modo que resulte un buen efecto luminoso. El voltaje V2 apropiado, en el electrodo auxiliar, está entre 30 y 50 voltios. El voltaje de aceleración, se obtiene conectando en serie las salidas de la fuente V3 entre 0 y 300 V, y la fuente V4 tiene un voltaje fio de 300 V. V 1 V 3 V 4 Montaje Completo: Esquema de las conexiones eléctrica PREGUNTAS OPERATIVAS De dónde y cómo obtener partículas cargadas? El cátodo se calienta por el efecto joule, que es el paso de corriente eléctrica por un conductor (resistencia, llamada filamento) este filamento trasfiere calor al cátodo por conducción. Cómo se acelerar las cargas eléctricas obtenidas? Atreves de la fuerza impregnada por un campo eléctrico uniforme, en una carga puntual.

4 Cómo generar un campo eléctrico uniforme Se genera a través de placas planas paralelas que están cargadas. Cómo visualizar el movimiento de los electrones? Se visualiza haciendo que un material sea excitado por la colisión del electrón con la pantalla de fosforo. Cómo probar la hipótesis de manera cualitativa? La prueba cualitativa es cuando se coloca otro campo perpendicular al original, haciendo que el electrón haga una parábola en el nuevo campo, saliendo en línea recta y chocando con la capa de fosforo. 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN Tabla 1 Dinámica de un electrón en un TRC Va (v) = 350v ; l (cm) =2.0cm ; d (cm) = 1.25cm ; L ( )=10 cm Vd (V) E (V/m) Vy (m/s) D (mm) Va*D (vm) ANALISIS DE DATOS Y PRUEBA DE LA HIPÓTESIS: Cómo se prueba la hipótesis cualitativamente? La prueba cualitativa es cuando se coloca otro campo perpendicular al original, haciendo que el electrón haga una parábola en el nuevo campo, saliendo en línea recta y chocando con la capa de fosforo.

5 Cómo se prueba cuantitativamente? La trayectoria del electrón se dobla debido a la acción del campo eléctrico, cuando sale de ese campo forma una línea recta cuando atraviesa el campo de fosforo y golpea con la placa. x = Vf di Vi X θ H H = x 2 + y 2 Senθ = x/h CONCLUSIÓNES Para la realización de este trabajo experimental, tuvimos que aplicar nuestros conocimientos adquiridos a lo largo del curso de física, tanto física 1 como física 2; como el análisis cinético de una partícula para hallarle la velocidad final a la partícula vectorialmente. Para la realización de este experimento se tuvo que aprender conocimientos importantes sobre el manejo del voltímetro, y el manejo de la fuente de voltaje utilizada en la realización de éste. Física universitaria Vol.2 edición 13 Y BIBLIOGRAFÍA