DEFLEXION ELECTRICA DE ELECTRONES Julián D. Bravo M, Juan M. Chagüendo B, Sergio García L. Departamento de Física, Universidad del Valle. 23 de mayo de 2013.
Resumen Se estudió el movimiento de los electrones bajo la acción de campos eléctricos uniformes y se conoció el funcionamiento del tubo de rayos catódicos TRC, midiendo distancias distintas al variar el voltaje deflector. Se comprobó que el punto donde ocurre la colisión entre los electrones y una pantalla fluorescente está determinado principalmente por la intensidad del campo eléctrico que desvía a los portadores de carga, por el potencial acelerador de las partículas y las características características mecánicas mecánicas del tubo de Braun, obteniendo dos pendientes experimentales experimentales que muestran una discrepancia con su valor teórico entre el 9,6% y 15,6%.
1. INTRODUCCION
El tubo de rayos catódicos, o TRC, fue inventado en 1897 en 1897 por por Ferdinand Braun, un científico alemán, pero no se utilizó hasta la creación de los primeros televisores a finales de la década de 1940 [1]. Un tubo de Braun se compone esencialmente de las partes mostradas en la figura 1. Típicamente las partículas con carga eléctrica que viajan por el sistema son electrones que se liberan por la elevación de temperatura del filamento que está construido con un material electrónicamente electrónicamente rico.
gravitacional; en la pantalla, los electrones desviados por el campo electrostático electrostático de las placas paralelas colisionan inevitablemente inevitablemente con una superficie cubierta por fósforo que reacciona con un destello de luz como respuesta a la energía cinética entregada por la colisión[2]. A través del principio de conservación de la energía se puede probar que al igual que la caída libre de un objeto, la trayectoria que describen los portadores de carga cuando pasan a través del sistema de deflexión es parabólica, que una vez que los electrones abandonan la región de campo su trayectoria es rectilínea y que la distancia del centro geométrico de la pantalla sobre la cual chocan los portadores de carga está dada por,
( ) Figura 1. Partes esenciales de un tubo de B raun.
En el cañón, un par de arandelas paralelas a diferente potencial y ubicadas perpendicularmente perpendicularmente a la trayectoria de los electrones los acelera logrando que algunos ellos pasen a través del agujero ubicado en el centro geométrico de ellas; en el sistema de deflexión, dos placas paralelas a la trayectoria inicial de los portadores de carga les cambia el rumbo inicial, experimentado así un movimiento similar al de la caída libre de un objeto en un campo
Donde se observa una relación directamente proporcional con el voltaje deflector e inversamente proporcional con el voltaje acelerador, que al permanecer constante en cada toma de datos se convierte en un término más de la pendiente de la ecuación.
2. PROCEDIMIENTO
El tubo de rayos catódicos utilizado en la prueba tenía las las siguientes característic características: as:
, y
3. RESULTADOS
Se conectó el TRC de acuerdo al circuito de la figura 2. Cuando se energiza únicamente el cañón de electrones puede observarse un punto verde en un área próxima al centro de la pantalla; para enfocar el haz de electrones en el centro de la pantalla se ajustó el voltaje acelerador a un nivel , donde resulta de la suma de los voltajes , y .
Figura 2. Conexiones del circuito para poner funcionamiento el tubo de Braun.
Seguidamente se varió el voltaje de las placas deflectoras para mover el haz a una distancia deseada, repitiéndose el proceso veinticuatro veces con y por vez donde los primeros doce datos corresponden a variaciones del voltaje deflector para distancias positivas y los otros doce a variaciones del voltaje deflector para distancias negativas. El proceso anterior se repitió para un nuevo y por vez.
Los datos obtenidos con los voltajes aceleradores totales y son presentados en la siguiente tabla,
Tabla 1. Datos experimentales de la distancia cuando se varía un voltaje en las placas deflectoras.
Utilizando
la
ecuación
3 se grafica y obteniendo una relación lineal de los datos (Ver cálculos de y en Anexos, Tabla 3),
Figura 4.
Figura 3. Montaje experimental del circuito del tubo de Braun.
y
De la gráfica 4 se obtuvieron dos pendientes cuyo valor se comparó con el valor teórico de la misma:
Tabla 2. Comparación de valores experimentales y teóricos de la pendiente. Ver anexos, ecuación pendiente.
[1] Tubos de rayos catódicos TRC, http://es.wikipedia.org/wiki/Tubo_de_rayos _cat%C3%B3dicos [2] Guías de laboratorio de Física II; Departamento de Física; Universidad Del Valle.
7. ANEXOS
Ecuación para calcular la pendiente: 4. DISCUSION DE RESULTADOS
Las pendientes encontradas con la ecuación 1 en comparación con su valor teórico muestran una discrepancia entre el 9,6% y 15,6%. Esto muestra que hay correspondencia entre las distancias s, d, y L del tubo de Braun utilizado. Cabe destacar que la linealidad observada en las rectas trazadas en la figura 4 muestra que en realidad si se experimenta un comportamiento proporcional entre la intensidad del campo eléctrico en las placas de deflexión y la distancia final deflectada y que el error entre el valor teórico esperado y el valor medido se debe probablemente a la desalineación del centro geométrico de la pantalla fluorescente.
5. CONCLUSIONES
El principio del funcionamiento de un TRC se basa en el comportamiento parabólico que presenta un electrón dentro de un campo eléctrico constante, y lo que se hace variar para la deflexión es la caída de potencial entre las placas. La desviación en la trayectoria de un electrón debida a su paso a través de un campo eléctrico uniforme es proporcional a la intensidad del campo, por el potencial acelerador de las partículas y las características mecánicas del tubo de Braun.
6. BIBLIOGRAFIA
La incertidumbre de la pendiente calculada con el software Origin. Va*D 7,00 6,41 5,83 5,25 4,66 4,08 3,50 2,91 2,33 1,75 1,17 0,58 0,00 -0,58 -1,17 -1,75 -2,33 -2,91 -3,50 -4,08 -4,66 -5,25 -5,83 -6,41 -7,00
V'a*D 8,41 7,71 7,01 6,31 5,61 4,91 4,21 3,51 2,80 2,10 1,40 0,70 0,00 -0,70 -1,40 -2,10 -2,80 -3,51 -4,21 -4,91 -5,61 -6,31 -7,01 -7,71 -8,41
Tabla 3. Calculos de
y .
fue
