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CARGA ESPECIFICA DEL ELECTRON
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CARGA ESPECIFICA
DEL ELECTRON
Carga específica del
electrón - e/m.
Electrones que son acelerados en un
campo eléctrico entran en un campo
magnético perpendicular a la dirección del
movimiento.
La carga específica del electrón se
determina a partir del voltaje acelerador, de
la intensidad del campo magnético y del
radio dela órbita del electrón.
Es difícil hallar la masa (me) del electrón en forma experimental. Es
más fácil determinar la carga específica del electrón.
De lo anterior se puede calcular la masa (me) si se conoce la carga
elemental e:
Un electrón que se mueve a una velocidad v en forma perpendicular
al campo magnético homogéneo B, está sujeto a la fuerza de
Lorentz
Siendo perpendicular a la velocidad y al campo magnético.
Como una fuerza centrípeta:
A la fuerza del electrón describe una órbita de radio (r) (Ver Fig. 1),
por lo tanto.
En el experimento, los electrones son acelerados en un
tubo de rayo electrónico filiforme por el potencial U.
La energía cinética resultante es.
Por ende, la carga específica del electrón es:
La desviación de electrones dentro de un campo
magnético B debida a la fuerza de Lorentz F en una órbita
circular de un radio específico r.
En el tubo de haz fino de radiación, los electrones se desplazan en
una órbita descrita dentro de un campo magnético homogéneo.
El tubo contiene gas de neón con una presión de ajuste exacto, y los
átomos del gas, a lo largo de la órbita, se ionizan debido al choque
con los electrones, provocando emisión de luz. Por esta razón, la
órbita de los electrones se hace visible de manera indirecta, y el
radio de esta órbita se puede medir directamente por medio de una
escala.
Dado que la tensión de aceleración U del cañón de electrones y el
campo magnético B son conocidos, a partir del radio r de la órbita,
se puede calcular la carga específica e/m del electrón:
INTERPRETACIÓN
Un electrón que se mueve a una velocidad v en forma perpendicular
al campo magnético homogéneo B, está sujeto a la fuerza de Lorenz
F = e ⋅ v ⋅B donde (e : carga elemental)
La fuerza aplicada es centrípeta
Siendo m: masa del electrón, que obliga al electrón a adoptar una
órbita con el radio r. Por tanto..
La velocidad (v) depende de la tensión de aceleración U del cañón de
electrones:
Función de la fuerza magnética
O b j e t i v o
Obtener un valor aproximado para el cuociente e/m (carga
eléctrica/masa del electrón).
Materiales
- Tubo de rayo electrónico filiforme (T.R.E.F.)
- Fuente de alimentación del tubo de rayos
- Fuente variable de corriente continua (alimentación bobinas)
- Bobinas de helmholtz.
Un haz de electrones se desvía siguiendo una trayectoria circular
cuando se desplaza en un campo magnético perpendicular a la
dirección del movimiento inicial.
Para el caso de dos bobinas paralelas (Bobinas de Helmholtz),
separadas por una distancia igual a su radio y alimentadas por la
misma corriente (girando en el mismo sentido), podemos determinar
el campo magnético entre ambas.
Usando la Ley de Biot-Savart despejada :
El tubo de rayos catódicos tiene un sistema de rayos electrónicos
consistente en un cátodo de óxido indirectamente calentado, un cilindro
de Wehnelt y un ánodo; tiene montado un par de placas para la desviación
electrostática de los rayos.
Tal concentración depende también de la velocidad de los electrones y
de la densidad del flujo de éstos, la presencia del hidrógeno hace visible
la trayectoria del haz.
Se puede obtener también el trabajo realizado al acelerar a un electrón
desde el cátodo hasta el ánodo, lo que equivale a la energía cinética
máxima del electrón :
Las conexiones de los electrodos y de las placas de desviación
se hacen por medio de una zócalo de seis polos.
La presión existente 10-2 mm de Hg, en el tubo se ha regulado de tal
modo que el rayo de electrones generado por éste sistema sea
intensamente concentrado y definido en toda su longitud a una
tensión anódica de 200v-300v, de la bobina de Helmoltz se compone
de 2 bobinas sencillas, cada una de 130 espiras y 150mm de radio,
a una distancia, una de otra de 150mm que puede soportar
hasta 5A de corriente.
1. Asegurar de que el filamento del cátodo caliente esté
alimentado con 6.3v.
2.El ánodo debe alimentarse con 150v DC aprox. Cuando el
cátodo comience a brillar aumente el voltaje del ánodo, hasta
que el haz de electrones se vea lo más nítido posible.
3. Aplique corriente a las bobinas ( hasta 2A )
4. Mida el diámetro de la trayectoria circular del rayo electrónico
dentro del campo.
REGISTRO DE VALORES
5. Varía la tensión de aceleración V y confeccionar una tabla de valores
como la siguiente.
https://www.youtube.com/watch?v=wT4hOuJ4QDU
Práctica realizada en lab.
Regla de
medición, long.
Del diámetro
NOTA: Utilizar una regla para medir el diámetro de la trayectoria. Para
ello debe medir dos posiciones opuestas de la trayectoria. Puede
tomar una foto con una cámara fotográfica digital
