3B SCIENTIFIC PHYSICS

Transcripción

1 3B SCIENTIFIC PHYSICS Tub de haz fin sbre zócal de cnexión Instruccines de us 10/15 ALF 1 Tub de haz fin 2 Zócal de cnnexin 3 Cntact para ánd 4 Cntact para cátd 5 Cntact para cilindr de Wehnelt 6 Cntact para calde 1. Advertencias de seguridad Ls tubs catódics incandescentes sn ampllas de vidri, al vací y de paredes finas. Manipular cn cuidad: Riesg de implsión! N smeter ls tubs a ningún tip de esfuerzs físics. Las tensines excesivamente altas y las crrientes temperaturas de cátd erróneas pueden cnducir a la destrucción de ls tubs. Respetar ls parámetrs peracinales indicads. Durante el funcinamient de ls tubs, pueden presentarse tensines peligrsas al cntact y altas tensines en el camp de cnexión. Para las cnexines sól deben emplearse cables de experimentación de seguridad. Slamente efectuar las cnexines de ls circuits cn ls dispsitivs de alimentación eléctrica descnectads. El mntaje y desmntaje del tub slamente se debe realizar si ls equips de alimentación están apagads. Durante el funcinamient, el cuell del tub se calienta. Se debe dejar enfriar el tub antes de guardarl. El cumplimient cn las directrices referentes a la cnfrmidad electrmagnética de la UE se puede garantizar sól cn las fuentes de alimentación recmendadas. 1

2 2. Descripción El tub de haz fin sirve para el estudi de la desviación de rays de electrnes en un camp magnétic hmgéne utilizand un par de bbinas cnectadas en la cnfiguración de Helmhltz ( ) así cm para la determinación de la carga específica del electrón e/m. En una amplla de vidri, cn atmsfera de gas residual de Ne de presión ajustada cn precisión, se encuentra el cañón de electrnes, que se cmpne de un cátd de óxid de calde indirect, un cilindr de Wehnelt y un ánd cn rifici central. Ls átms del gas sn inizads pr chques cn ls electrnes a l larg de trayectria de vuel y así se rigina un ray lumins bien definid. Unas marcas de medida incrpradas en al amplla de vidri permiten la medición sin paralaje del diámetr de la circunferencia frmada pr el ray el camp magnétic. El tub de de haz fin se encuentra mntad en un zócal cn casquills de cnexión de diferentes clres. Para la prtección del tub se ha instalad en el zócal un circuit de prtección, el cual descnecta la tensión pr encima del Cutff vltage (tensión de descnexión) indicada en el zócal del tub. El circuit de prtección evita que una tensión muy alta destruya la calefacción y hace psible que al cnectarla la tensión suba suavemente. Cntenid de gas: Presión de gas: 3. Dats técnics Neón 1,3 x 10-5 bar Tensión de calentamient: 5 a 7 V CC (ver la indicación del Cutffvltage en el zócal del tub) Crriente de calde: < 150 ma Tensión de Wehnelt: Tensión de ánds: Crriente de ánds: Diámetr de órbita de haz fin de radiación: Distancia entre marcas de medición: Diámetr del émbl: Altura ttal cn zócal: 0 a -50 V 200 a 300 V < 0,3 ma 20 a 120 mm 20 mm 160 mm 260 mm Base del zócal: 115 x 115 x 35 mm 3 Pes: aprx. 820 g 4. Fundaments generales Sbre un electrón que se mueve cn una velcidad v en dirección perpendicular al camp magnétic unifrme B actúa la fuerza de Lrentz en sentid perpendicular a la velcidad y al camp F ev B (1) e: carga elemental Cm fuerza centrípeta 2 m v F (2) r m: masa del electrón bliga al electrón a adptar una órbita cn el radi r. Pr tant m v e B (3) r La velcidad v depende de la tensión de aceleración U del cañón de electrnes: e v 2 U (4) m Pr tant, para la carga específica del electrón es válid: e m 2 U (5) r B 2 Si se mide el radi r de la órbita, cn diferentes tensines de aceleración U y diferentes camps magnétics B, ls valres de medición, registrads en un diagrama r 2 B 2 en función de 2U, de acuerd cn la ecuación (5), se encuentran en una recta de rigen cn la pendiente e/m. El camp magnétic B se genera en el par de bbinas de Helmhltz y es prprcinal a la crriente IH que circula a través de una sla bbina. El factr de prprcinalidad k se puede calcular a partir del radi de la bbina R = 147,5 mm y el númer de espiras N = 124 pr bbina: B k cn I H k Vs Am N R 0,756 mt A De esta manera se cncen tdas las magnitudes necesarias para determinar la carga específica del electrn. 2

3 5. Aparats requerids adicinalmente 1 Fuente de alimentación de CC 300 V (@230 V) Fuente de alimentación de CC 300 V (@115 V) y 1 Fuente de alimentación de CC 20 V, 5 A (@230 V) Fuente de alimentación de CC 20 V, 5 A (@115 V) Fuente de alimentación de CC 500 V (@230 V) Fuente de alimentación de CC 500 V (@115 V) Par de bbinas de Helmhltz Multímetr analgic AM Cables de experimentación de seguridad 6.1 Mntaje 6. Manej Se clca el tub de haz fin entre las bbinas de Helmhltz. Para pder bservar mejr el haz de electrnes, se debe realizar el experiment en un cuart scur Cnexión del tub de haz fin a la fuente de alimentación de CC 300 V Realice el cablead del tub cn la fig. 1. Cnecte el vltímetr, en paralel, a la salida de 300 V. Cnecte las bbinas en serie a la fuente de alimentación de CC 20 V, cm se muestra en la Fig. 2, de tal manera que en ambas bbinas circule la crriente en el mism sentid Cnexión del tub de haz fin a la fuente de alimentación de CC 500 V Realice el cablead del tub cn la fig Ajuste del haz de electrnes Aplique una tensión de calefacción de, pr ejempl, 7,5 V. (La tensión de calefacción debe de estar pr debaj de la tensión Cutff-Vltage.) Se espera aprx. 1 minut hasta que la temperatura del filament de calentamient se estabilice. Se aumenta lentamente la tensión de ánd hasta max. 300 V (el haz de electrnes es inicialmente hrizntal y se hace visible en frma de una luz azul tenue). Elija la tensión de Wehnelt de manera que, en l psible, se vea un haz de rays delgad y nítidamente limitad. Optime la nitidez y la claridad del haz de rays variand la tensión de calefacción. Eleve la crriente IH que circula pr las bbinas de Helmhltz y cmpruebe si el haz de electrnes se curva hacia arriba. Si n se bserva ninguna curvatura del haz de electrnes: Invierta la plaridad de una de las bbinas de manera que la crriente fluya en el mism sentid a través de ambas bbinas. Si la curvatura del haz de electrnes n se dirige hacia arriba: Para invertir la plaridad del camp magnétic se cambian entre sí ls cables de cnexión en la fuente de alimentación. Siga elevand la crriente de la bbina y cmpruebe si el haz de electrnes frma una órbita circular cerrada en sí misma. Si la órbita circular n se cierra: Gire un pc el tub de haz fin de radiación, junt cn su sprte, sbre su eje vertical. 7. Ejempl de experiment Determinación de la carga específica e/m del electrón Se ajusta la crriente de bbinas hasta que el radi de la órbita quede en p.ej. 5 cm. Ante ls valres de ajuste. Disminuya la tensión anódica, en pass de 20 V, hasta llegar a 200 V; en cada cas, seleccine la crriente de la bbina IH de manera que el radi se mantenga cnstante y ante ests valres. Realice más series de medicines para ls radis de órbita circular de 4 cm y 3 cm. Para la evaluación ulterir se llevan ls valres de medida a un diagrama r 2 B 2-2U (ver Fig. 3) La pendiente de la recta que pasa pr el rigen de crdenadas crrespnde a e/m. 3

4 U Off On ı O V V V PE Fig. 1 Cnexión del tub de haz fin a la fuente de alimentación de CC 300 V Fig. 2 Cnexión eléctrica del par de bbinas de Helmhltz 4

5 2 U/ V Br / mt cm Fig. 3 Diagrama r 2 B 2 / 2U de ls valres de medición (negr: r = 5 cm, rj: r = 4 cm, verde: r = 3 cm) A U V V V V Fig. 4 Cnexión del tub de haz fin a la fuente de alimentación de CC 500 V 3B Scientific GmbH Rudrffweg Hamburg Alemania Ns reservams el derech a cambis técnics Cpyright B Scientific GmbH