CARGA ESPECÍFICA DEL ELECTRÓN

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Virginia Valdéz Martin
hace 6 años
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1 Laboratorio de Electricidad y Magnetiso FIS0153 CARGA ESPECÍFICA DEL ELECTRÓN OBJETIVO Calcular el cociente entre la asa y la carga del electrón. EQUIPAMIENTO 1. Netbook o notebook 2. Bobina de 520 vueltas 3. Tubo electroagnético (Ojo ágico) 4. Multíetro 5. Fuente de poder 6. Cáara digital 7. 4 cables banana 8. Copás 9. Pie de etro o regla TEORÍA La fuerza de Lorenz es la fuerza que un capo electroagnético ejerce sobre una partícula cargada. Esta fuerza puede escribirse coo una cobinación entre las fuerzas ejercidas por un capo agnético y un capo eléctrico: F = qe + q(vxb) = q(e + vxb) Donde q: carga de la partícula E: capo eléctrico v: velocidad de la partícula B: capo agnético En el caso de que una partícula cargada se ueva con velocidad v dentro de un capo agnético puro (E = 0), el ódulo de la fuerza de Lorenz es: F = q(v xb ) = qvb Notar que en este caso v B, por lo que la fuerza puede escribirse coo la ultiplicación de la nora de los vectores. Adeás, el vector fuerza será perpendicular a la velocidad y al capo. La partícula, al ser soetida a una fuerza perpendicular a la velocidad, describirá un oviiento circunferencial unifore. En un MCU, la fuerza centrípeta (igual a la fuerza de Lorenz) puede escribirse coo:

2 Laboratorio de Electricidad y Magnetiso FIS0153 Igualando con Fuerza de Lorenz: F c = a c = v2 r v2 r = qvb (1) Adeás, al aplicar una diferencia de potencial V entre un cátodo y un ánodo, una partícula cargada adquiere una energía cinética que puede escribirse coo: E c = 1 2 v2 = qv De donde podeos obtener la velocidad a la que se ueve la partícula: v 2 = 2qV (2) Reeplazando (2) en (1): 2qV r = qb 2qV 2V rb = 2qV ( 2V 2 rb ) = 2qV 2V r 2 B 2 = q Que es el cuociente entre carga y asa de una partícula cargada, en función del capo agnético, el radio de curvatura descrito y el voltaje ediante el cual se está acelerando la partícula. Adeás, por Ley de Apere, el capo agnético en el interior de una bobina larga está dado por: Donde: B = μ 0 ni μ 0 : pereabilidad agnética del vacío. Equivale a 1.26x10 6 H n Núero de vueltas de la bobina por unidad de largo I: Intensidad de corriente que circula por la bobina

el instruento sin el cilindro de vidrio. Bajo la placa central se encuentra el cátodo (K) y las placas deflectoras (D). El anto que rodea estos eleentos actúa coo Ánodo (A).

3 Laboratorio de Electricidad y Magnetiso FIS0153 MONTAJE EXPERIMENTAL En este experiento se utilizará un ojo ágico. El funcionaiento básico de este instruento será descrito a continuación: Figura 1: tubo electrónico con placa central (izquierda) y sin la placa central (derecha) En la figura 1 se uestra cóo se ve el instruento sin el cilindro de vidrio. Bajo la placa central se encuentra el cátodo (K) y las placas deflectoras (D). El anto que rodea estos eleentos actúa coo Ánodo (A). - Cátodo (K): lo rodea un filaento enrollado que tiene una resistencia interna, cuya función es calentarse (por efecto Joule) y calentar el cátodo. Al ser calentado, el cátodo eite electrones que son acelerados por la diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo. Estos electrones se desplazan radialente hacia el ánodo, a una velocidad casi constante. - Placas deflectoras (D): son 4 y se encuentran en torno al cátodo. Su función es encausar el haz de electrones que eerge del cátodo. Esto lo logran al estar cargadas negativaente, rechazando los electrones y así generando una sobra prisática definida. - Ánodo (A): es la láina en fora de cono que rodea todos los eleentos. Está cubierto con un aterial fluorescente que eite luz cuando los electrones chocan contra él. En la figura 2 se uestra la sobra que generará el haz de electrones sobre el ánodo. Adeás, se incluye la fora general de la sobra al soeter el haz a un capo agnético.

Laboratorio de Electricidad y Magnetiso FIS0153 Figura 2: reflejo del haz de electrones sin aplicar un capo agnético (izquierda) y al aplicar un capo agnético (derecha) Se trabajará con dos circuitos

En la figura 3 se uestra un esquea del circuito. Conecte el solenoide de 520 vueltas a la fuente de corriente continua. Figura 3: Circuito del solenoide.

4 Laboratorio de Electricidad y Magnetiso FIS0153 Figura 2: reflejo del haz de electrones sin aplicar un capo agnético (izquierda) y al aplicar un capo agnético (derecha) Se trabajará con dos circuitos principales. 1. Ojo ágico: conectando un ultíetro al ojo ágico. Enchufe y encienda el ojo. 2. Solenoide: este circuito será el que proveerá un capo agnético. En la figura 3 se uestra un esquea del circuito. Conecte el solenoide de 520 vueltas a la fuente de corriente continua. Figura 3: Circuito del solenoide. La función del aperíetro la tiene integrada la fuente que se utilizará en la experiencia. Debe posicionar el solenoide de tal anera que el tubo del ojo quede dentro de él. Esto hará que el capo agnético del interior de la bobina desvíe el haz de electrones, generando la iagen ostrada en la figura 2.

5 Laboratorio de Electricidad y Magnetiso FIS0153 PROCEDIMIENTO El procediiento se dividirá en el cálculo de los distintos factores de la ecuación de e/ deducida en la sección de Teoría. RADIO DE CURVATURA 1. Una vez arado el circuito y todo los equipos encendidos, se deben capturar iágenes de las distintas curvaturas del haz que se obtienen al variar la intensidad de corriente. Para esto debe posicionar una cáara web en el extreo libre del solenoide. Debe realizar 5 capturas para distintos valores de V e I, con lo que obtendrá distintos valores para el radio de curvatura del haz. 2. En cada una de estas capturas se debe edir el radio de curvatura del haz de electrones. Para esto debe seguir los siguientes pasos: a. Ipriir la captura toada b. Con un copás, dibujar el círculo que ás se ajuste a la trayectoria de los electrones. c. Medir el radio de esa circunferencia. Sin ebargo, este radio edido no es el valor real, debido a que la ipresión de la iagen no tiene necesariaente el iso taaño del ojo ágico (lo ás probable es que la iagen sea ucho ás grande que el ojo). 3. Para poder obtener el valor real del radio de curvatura, se utilizará una regla de 3 siple, utilizando el diáetro de la placa central en la ipresión y el diáetro de la placa central del ojo real. De esta anera, se tiene: OTROS PARÁMETROS Radio ipresión Radio Real = Diáetro Central ipresión Diáetro Central Real 1. Voltaje: es la diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo. Se ide con un ultíetro conectado al tubo electrónico. 2. Intensidad: es la que deterina la agnitud del capo agnético. Coo este es generado por el solenoide, I es la corriente que circula por la bobina. Esta se obtiene del valor indicado por la fuente.

6 Laboratorio de Electricidad y Magnetiso FIS Vueltas por unidad de largo: el solenoide utilizado tiene 520 vueltas. Midiendo su largo es posible calcular n. Al requerirse 5 ediciones distintas, se recoienda llenar la siguiente tabla en Excel, que puede ser incluida en el infore final. MEDICIÓN V I r n μ 0 e/ Tabla 1: factores requeridos en cada edición. Su uso facilitará el cálculo y ordenará el procediiento. ANÁLISIS DE RESULTADOS Dentro del infore confeccionado debe incluir una sección de análisis de resultados. Los siguientes puntos ayudarán a dar una guía para esta sección. 1. Por qué la trayectoria de los electrones es circular? 2. Cóo cabia el radio de curvatura de los electrones al variar la corriente que circula por el solenoide? 3. Copare los valores obtenidos de e/ con el valor real de 1.76x10 11 C/kg. Entregue el error de cada edición, así coo el proedio y la desviación estándar de las 5 ediciones. 4. Discuta los distintos probleas de precisión y exactitud de sus ediciones. Incluya fuentes de error.

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