DETERMINACIÓN DE LA CARGA ESPECÍFICA DEL ELECTRÓN.

Objetivos del experimento:

Estudio de la desviación de los electrones en un campo magnético en una órbita circular.

Determinación del campo magnético B como una función del potencial de aceleración U de los electrones en un radio constante r.

Determinación de la carga específica del electrón.

Principios teóricos a tener en cuenta:

La masa me del electrón es difícil de conseguir experimentalmente. Es más fácil determinar la carga específica de la del electrón.

De la que la masa me se puede calcular si la carga primaria e es conocido: Un electrón que se mueve a una velocidad v perpendicular a un campo magnético homogéneo B, está sujeto a la fuerza de Lorentz.

La cual es perpendicular a la velocidad y al campo magnético. Como una fuerza centrípeta.

Este obliga al electrón por una órbita de radio r, por lo tanto:

En el experimento, los electrones se aceleran en el tubo de rayos con el potencial U. La energía cinética resultante es:

Por lo tanto la carga específica del electrón es:

Materiales:

Nombre CantidadTubo de rayos 1Bobinas de Helmholtz 1Tubo de alimentación 1Fuente de alimentación

1

Multímetro 2Metro 1Cables de conexión de 25cm

3

Cables de conexión de 50cm

3

Cables de conexión de 70cm

7

Recomendados adicionalesInstrumento de medición universal

1

Sensor Axial 1Cable de extensión de 15 polos

1

Recomendaciones de seguridad:

El tubo de rayos maneja una peligrosa concentración de voltaje de hasta 300 V para acelerar los electrones. Peligrosos voltajes se presentan en el panel de conexiones y en las bobinas de Helmholtz, cuando el tubo de rayos está en funcionamiento.

Conectar el panel de conexión sólo a través de tomas de corriente seguras.

Asegurarse siempre de apagar todas las fuentes de alimentación antes de realizar la conexión.

No encender las fuentes de alimentación hasta que se haya realizado el montaje del circuito por completo.

No tocar la configuración del experimento, en particular las bobinas de Helmholtz, durante la operación.

No someter el tubo a fuerzas mecánica.

Utilizar el tubo de rayos sólo en el soporte.

Conectar el enchufe de 6 polos del soporte con cuidado a la base de vidrio.

Lea la hoja de instrucciones suministrado con el haz fino tubo.

Montaje:

Nota: Realizar las mediciones en un lugar oscuro. Las bobinas de Helmholtz se pueden cargar con más de 2 A por un tiempo solamente.

El montaje experimental para determinar la carga específica del electrón se muestra en la figura 1 y las conexiones eléctricas en la figura 2.

Desconecte el tubo de suministro de energía y encienda los potenciómetros rotativos.

Conecte el extremo de entrada de 6,3 V del tubo de rayos a la salida de 6,3 V del tubo de fuente de suministro.

Conectar el polo positivo de 50V de la salida del tubo de fuente de alimentación con el polo negativo de la salida de 500V y conectarlo con el enchufe del tubo de rayos (Cátodo).

Conectar el enchufe de "+" del tubo de rayos (ánodo) con el polo positivo de la salida de 500V y la toma del cilindro con el polo negativo de la salida de 50V.

Con el fin de medir el potencial de aceleración U conectar el multímetro (con rango de medición 300V) al de 500V de salida.

Conectar la fuente de alimentación y el multímetro (con rango de medición de 3A) en serie con las bobinas de Helmholtz.

Figura 1. Montaje experimental para determinar la carga específica del electrón

Donde a. Bobinas de Helmholtz b. Tubo de rayos c. dispositivo de medición

Figura 2. Conexiones eléctricas

Consideraciones al momento del realizar el experimento:

Mueva el botón del dispositivo de medición de manera que su borde interior, imagen de espejo y la abertura de escape del haz de electrón se forme como una línea.

Lograr que ambos bordes internos en el tubo tengan una distancia de 8 cm. Observar el borde interior de la derecha, alinearlo con su imagen en el espejo y ajustar la corriente de la bobina hasta que el haz de electrón se ubique tangencialmente a lo largo del borde que cubre el reflejo de la imagen (ver Figura 3).

Reducir el potencial de aceleración U en pasos de 10 V a 200 V y elegir la corriente de bobina I de manera que la órbita del haz de electrones tenga un diámetro de 8 cm.

Registrar la aceleración potencial U y la corriente I de la bobina.

Encienda el tubo de suministro de energía y establezca la aceleración potencial U = 300 V.

Las emisiones comienzan después del calentamiento pasados unos pocos minutos.

Optimizar el enfoque del haz de electrones mediante la variación de la tensión en el cilindro de 0 a 10 V hasta que se forme un haz estrecho y bien definido.

Conectar la fuente de alimentación de las bobinas de Helmholtz y buscar la corriente I a la que el haz de electrones se convierte en una órbita cerrada.

Si después de dejar el ánodo, el haz de electrones es desviado al lado equivocado (izquierdo): Desconecte ambas fuentes de alimentación e intercambie las conexiones de la fuente de alimentación con el fin de cambiar la polarización del campo magnético.

Si los electrones no se mueven en una órbita cerrada: Se deben aflojar los tornillos de fijación de los soportes del tubo de rayos. Y con cuidado, gire el tubo de rayos alrededor de su eje longitudinal, hasta que el haz de electrones se forme en una órbita circular cerrada.

Figura 4. Medición del diámetro de la órbita.