Experiencia de Thompson

Laboratorio II – Profesorado en Física[pic 1]

UADER - FCyT

LABORATORIO II

TRABAJO PRÁCTICO

N° VIII:

EXPERIENCIA DE THOMPSON

Objetivo:

Reproducir las características esenciales del experimento real llevado a cabo por Thomson, para determinar la relación carga-masa de los electrones, utilizando cálculos analíticos basados en datos extraídos de una simulación de la experiencia original.

Materiales:

Se dispone del simulador que se encuentra en la siguiente dirección:

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/thomson/Thomson.html

Marco Teórico:

El objetivo del experimento real llevado a cabo por Thomson a finales del siglo XIX era describir la naturaleza corpuscular de los denominados rayos catódicos.

El experimento constaba de dos fases:

La determinación de la velocidad del haz de electrones mediante un campo eléctrico y otro magnético perpendiculares entre sí y a la dirección del haz. Se ajusta la magnitud de los campos hasta conseguir que el haz no se desvíe.

Una vez conocida la velocidad de los electrones, se procede a la determinación de la relación carga/masa, midiendo la desviación del haz bajo la acción del campo eléctrico existente entre las placas del condensador.

Medida de la velocidad del haz de electrones

El selector de velocidades es una región en la que existen un campo eléctrico y un campo magnético perpendiculares entre sí y a la dirección de la velocidad de los electrones. En esta región, los electrones de una determinada velocidad no se desvían, si se ajusta convenientemente, la intensidad de los campos eléctrico y magnético.

El campo eléctrico ejerce una fuerza en la dirección del campo, pero en sentido contrario, ya que la carga es negativa. El módulo de la fuerza es Fe=q·E

El campo magnético ejerce una fuerza cuya dirección y sentido vienen dados por el producto vectorial Fm=qvxB cuyo módulo es Fm=q·v·B. De nuevo, por ser negativa la carga, el sentido de la fuerza es contrario al del producto vectorial vxB.

[pic 2]

Los electrones no se desvían, si ambas fuerzas son iguales y de sentido contrario.

Fe = Fm                 qE = qvB         v =[pic 3]

Por tanto, atravesarán el selector de velocidades sin desviarse, aquellos electrones cuya velocidad v sea igual cociente [pic 4]

Medida de la relación carga/masa

Movimiento entre las placas del condensador

Cuando eliminamos el campo magnético, el electrón se mueve bajo la acción de la fuerza eléctrica FE=qE constante en la región del condensador perpendicular a la dirección inicial de su velocidad. Utilizamos las ecuaciones del movimiento curvilíneo bajo aceleración constante:

ax = 0                vx = v0                x = v0t

ay=                vy=ayt                y = ayt2[pic 5][pic 6]

Si L es la longitud del condensador, x =L        ; L = v0t

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