Campo Magnetico Resultados Experimentales

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA

[pic 1]

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO-MATEMÁTICAS

COLEGIO DE FÍSICA

PRÁCTICA

SOBRE

RELACION e/m

POR

YAHEL REYES MUNGUÍA

BRIAN GREGORIO LOZADA

JUAN CARLOS PONCE  LANCHO

ASIGNATURA

FÍSICA EXPERIMENTAL II

PROFESOR

JORGE COTZOMI PALETA

PUEBLA, PUEBLA

16 DE OCTUBRE DE

Contenido

Resumen        2

Objetivos        2

Introducción        3

Método experimental        4

Arreglo experimental:        4

Material        5

        5

Procedimiento        6

Resultados Experimentales        8

Cálculos Experimentales        9

Conclusiones        10

Bibliografía        10

Resumen

Un haz de electrones se desplaza por una cámara, donde hay un campo magnético uniforme  hacia afuera del plano. La fuerza magnética deflectora es la única importante que opera sobre los electrones. El haz sigue claramente una trayectoria circular en el plano. [pic 2]

La fuerza magnética deflectora tiene dos propiedades que afectan las trayectorias de las partículas cargadas:

1. No altera la velocidad de las partículas
2. Siempre opera perpendicularmente a la velocidad de ellas

Son exactamente características que se requieren para que una partícula describa un círculo a velocidad constante.

Objetivos

Obtener la relación carga masa de un electrón.

Introducción

La fuerza magnética que actúa sobre una partícula de carga q que se mueve con velocidad  en un capo magnético  es dada por la ecuación:[pic 3][pic 4]

Fm= q                                                  (1)[pic 5]

Si  y  son perpendiculares la ecuación puede escribirse en su forma escalar:[pic 6][pic 7]

Fm= euB donde e es la carga del electrón.        (2)

Puesto que los electrones se mueven en círculo, ellos pueden experimentar una fuerza centrípeta de magnitud:

Fc= m                                                (3)[pic 8]

Donde m es la masa del electrón, u es su velocidad y r es el radio del circulo que describe. Como la única fuerza que actúa sobre los electrones es la causada por el campo magnético, entonces:

Fm= Fc   Por lo tanto podemos concluir    [pic 9]

Por lo tanto, para conocer la relación carga masa, solo es necesario, conocer la velocidad e los electrones, el campo magnético aplicado y el radio de trayectoria circular descrita por el haz de electrones.

Para encontrar el valor de la velocidad, nos fijamos en que los electrones son acelerados a través de un voltaje V, ganando energía cinética igual a su carga por el potencial acelerador, es decir:

 lo cual implica que [pic 10][pic 11]

El campo magnético producido por las bobinas de Helmholtz esta dado por:

                                                (4)[pic 12]

Sustituyendo en la ecuación de la Fuerza magnética igual a la Fuerza centrípeta. Podemos encontrar la relación carga masa.

         lo cual implica    [pic 13][pic 14]

Método experimental

Usar el aparato e/m de Pasco SE-9638, el cual produce un haz de electrones el cual se ve modificado por un campo magnético generado por las bobinas que este tiene, así poder calcular la relación e/m.

Suministrando diferentes voltajes y corrientes para variar el radio del haz de electrones que se producirá, y corroborar en todos los cálculos que la relación sigue siendo la misma sin perder generalidad.

Arreglo experimental:

[pic 15] 

Tubo a baja presión: Lleno con helio a una presión de 10-2 mmHg. Contiene en su interior un cañón de electrones que origina el haz de electrones. El haz de electrones deja una traza visible en el tubo, porque algunos de los electrones colisionan con los átomos de helio, que son excitados y entonces radian luz visible.

Cañón de electrones: Emite un haz fino de electrones al calentar su cátodo. Los electrones son acelerados por un potencial aplicado entre el cátodo y el ánodo. La grilla es mantenida positiva con respecto al cátodo y negativa con respecto al ánodo.  Esto ayuda al enfoca miento del haz de electrones. Este tiene un filamento el cual no se le puede suministrar un potencial mayor a 6.3 V. Ya que se quemaría y destruiría el tubo.

Bobinas de Helmholtz: Consiste en una pareja de bobinas idénticas colocadas paralelamente con una distancia entre ellas igual al radio de cada una. De esta manera se consigue un campo magnético muy uniforme en la zona central. Las bobinas de Helmholtz de este aparato tienen un radio de separación de 15 cm y 130 vueltas cada una. El campo magnético producido por las bobinas es proporcional a la corriente que circula por ellas cumpliendo B= 7.8x10-4 i, donde el campo magnético B se sobreentiende expresado en Teslas y la corriente i en Amperios.

Espejo con escala métrica: situada en la parte posterior de las bobinas, es iluminada por la luz radiada desde el haz de electrones, y sirve para medir el radio de la trayectoria sin error de paralaje.

Material

• Aparato e/m
• 2 multímetros
• Fuente alto voltaje: de 150 a 300 VDC para el potencial acelerador <1% para que las bobinas de Helmholtz proporcionen un campo magnético constante en el tiempo.
• Fuente bajo voltaje: 6 a 9 VDC (voltios de corriente directa) y 3 A de corriente máxima. La oscilación en el valor de V debe ser
• Fuente calentadora: 6.3 VDC o VAC (voltios de corriente alterna) para calentar el filamento.
• Brújula
• Flexómetro
• 6 cables banana

[pic 16]

[pic 17]

Procedimiento

1. El aparato e/m tiene que estar alineado con el campo magnético de la Tierra para que los electrones de la pistola no se vean afectados.
2. Mediante una brújula orientamos el aparto al norte terrestre, para que no se vean afectados los datos experimentales.
3. Conectar las fuentes al aparato y los multímetros en paralelo para hacer las respectivas lecturas.  (como se muestra en la figura. [pic 18]
4. Ajustar las fuentes en los siguientes niveles:

Calentador del cañón de electrones: 5 V

Electrodos aceleradores: 150 V a 300 V

Bobinas de Helmholtz: Corriente que no exceda 2A [pic 19]

1. Ya que el haz de electrones se hace presente modificarlo y orientarlo para que se cierre perfectamente y no se obtengan datos erróneos.
2. Medir cuidadosamente el diámetro del haz de electrones.
3. Registrar los datos. En una tabla para obtener las relaciones. [pic 20]

Resultados Experimentales

Manteniendo constante el voltaje.

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