Experiencia 6: Carga especifica de electrón

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Experiencia 6:

Carga especifica de electrón

Informe de Laboratorio

Integrantes:

Guillermo Enrique Payares García T00061807

Adriana Carolina Rivera Guerrero T00054343

Paula Andrea Herrera Martínez T00056578

Jassir Campo Jiménez T00058544

Grupo: G

Subgrupo: G4

Universidad Tecnológica de Bolívar

Facultad de ciencias Básicas

Cartagena – Colombia

Introducción.

De acuerdo con la siguiente experiencia de laboratorio, debido a la relación de la carga del protón y del electrón (en valor absoluto de la misma) y la masa de un electrón se puede determinar la carga especifica e/me del electrón,. Por lo tanto, esta relación de carga-masa del electrón comienza por las trayectorias observadas de un haz de electrones a través de la región del campo magnético. Las bobinas de Helmholtz también se pueden utilizar para determinar el campo magnético. En esta experiencia, debemos considerar algunos conceptos que nos ayudan a determinar la carga específica de un electrón, como la fuerza de Lorentz, la fuerza que ejerce un campo electromagnético para obtener partículas cargadas, y las bobinas de Helmholtz se utilizan para generar un campo magnético regional.

Objetivo general.

• Estudiar el movimiento de electrones dentro de un campo magnético para determinar la carga especifica del electrón.

Objetivos específicos.

• Determinar el campo magnético B en función de la corriente I en un par de bobinas de Helmholtz.
• Determinar la carga específica del electrón.

Marco teórica.

Fuerza de Lorentz

Es la fuerza que ejerce un campo electromagnético que recibe partículas cargadas o corriente eléctrica. Para una partícula sujeta a una combinación de campos eléctricos y magnéticos, la fuerza electromagnética total o fuerza de Lorentz sobre la partícula viene dada por la siguiente fórmula:

𝐹 = 𝑞(𝑣 𝑥 𝐵 + 𝐸)

Donde v es la velocidad de la carga, E es el vector intensidad de campo eléctrico,  B es el vector inducción magnética y q es la carga.

Bobina de Helmholtz

Es un dispositivo que se utiliza para generar un campo magnético casi uniforme. Lleva el nombre del físico alemán Hermann von Helmholtz. Consta de dos electroimanes en el mismo eje. Además de generar campos magnéticos, las bobinas de Helmholtz también se utilizan en equipos científicos para contrarrestar campos magnéticos externos, como el campo magnético terrestre.

Carga especifica de un electrón

Los electrones acelerados en el campo eléctrico ingresan al campo magnético perpendicular a la dirección del movimiento. La carga específica del electrón está determinada por el voltaje de aceleración, la fuerza del campo magnético y el radio de la órbita del electrón. Por lo que se deduce la expresión para determinar la carga especifica de los electrones es:

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Montaje del experimento.

[pic 3]                                         Figura 2. Izquierda, Montaje del experimento, a Bobinas de Helmholtz, b Tubo de rayo electrónico filiforme y c dispositivo de medición. Derecha, Conexiones eléctricas

Nota: Realice las mediciones en un ambiente oscuro. Las bobinas de Helmholtz sólo se pueden cargar con más de 2 A por un periodo de tiempo reducido. La Fig. 2 muestra el montaje del experimento para determinar la carga específica del electrón, y muestra además las conexiones eléctricas requeridas.

1. Desconecte la fuente de alimentación y gire todos los potenciómetros giratorios hacia la izquierda hasta el tope.
2. Conecte el terminal de entrada de 6,3 V del tubo de rayo electrónico filiforme a la salida de 6,3 V de la fuente de alimentación de CC.
3. Puentee el polo positivo de la salida de 50 V de la fuente de alimentación de CC con el polo negativo de la salida de 500 V y conéctelo en el enchufe hembra “-“ del tubo de rayo electrónico filiforme (cátodo).
4. Conecte el enchufe hembra “+” del tubo de rayo electrónico filiforme (ánodo) al polo positivo de la salida de 500 V, el enchufe hembra W (cilindro de Wehnelt) con el polo negativo de la salida de 50 V.
5. Para medir el potencial de aceleración U, conecte el voltímetro (rango de medición 300 V–) a la salida de 500 V.
6. Puentee las placas desviadoras del tubo de rayo electrónico filiforme con el ánodo. Conecte la fuente de alimentación de CC y el amperímetro (rango de medición 3 A) en serie con las bobinas de Helmholtz.
7. Encienda la fuente de alimentación de CC y ajuste el potencial de aceleración U = 300 V. La emisión termoiónica comienza luego de unos minutos de calentamiento.
8. Optimice el enfoque del rayo de electrones variando la tensión en el cilindro de Wehnelt de 0 a 10 V hasta que consiga un rayo angosto y bien definido con clara definición de bordes.
9. Conecte la fuente de alimentación de CC de las bobinas de Helmholtz y busque el valor de corriente I para el que la desviación del rayo de electrones describa una órbita cerrada. Si luego de abandonar el ánodo, el rayo de electrones se desvía para el lado equivocado (izquierdo):
10. desconecte ambas fuentes de alimentación.
11. intercambie las conexiones de la fuente de alimentación de CC para cambiar la polarización del campo magnético.
12. Si los electrones no describen una órbita cerrada sino una línea curva helicoidal:
13. Afloje los tornillos de sujeción de ambas abrazaderas (lea el manual de información del tubo de rayo electrónico filiforme).
14. Gire cuidadosamente el tubo de rayo electrónico filiforme sobre su eje longitudinal hasta que el rayo de electrones describa una órbita circular cerrada.
15. Ajuste los tornillos de sujeción.

Datos experimentales.

Para observar el montaje experimental y la forma como se registran los datos diríjase al siguiente link:  

Una simulación del experimento se puede observar en el siguiente link:  

Estos datos fueron obtenidos mediante utilización del simulador para la elaboración de la experiencia mediante el procedimiento en el laboratorio de la UTB  y se  registraron los datos en la siguiente tabla:

[pic 4]                                                                                                     Figura 3. Ilustración del sistema experimental.

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