Determinación de La Masa Específica Del Electrón

DETERMINACIÓN DE LA MASA ESPECÍFICA DEL ELECTRÓN Cristian López Rivas 200921909 Física moderna – Ingeniería Electrónica Universidad del Magdalena 2014-II

RES!MEN En este informe se muestra la forma en que se determina el valor de la carga elemental del electr electrón ón !ara !ara ello ello se estudi estudiar" ar" el com!ort com!ortami amient ento o descri descrito to !or un #a$ de electr electrone oness inmersos inmersos en un cam!o magn%tico magn%tico & las condiciones condiciones en las cueles la energía energía cin%tica de los mismos !ermanece constante' (a !artícula con carga el%ctrica en un cam!o magn%tico descri)e un movimiento circular  uniforme gracias a que la fuer$a magn%tica es !er!endicular a la velocidad de dic#o cuer!o' Es necesario que !ara o)tener el valor adecuado de la carga elemental & su relación con la masa se utilice otro instrumento de medición del cam!o magn%tico* la im!lementación de uno con defectos nos !rodu+o resultados, aunque de orden 1011 ./g erróneos'

INTR"D!CCIÓN (a medida de la carga es!ecífica del electrón esto es la relación entre su carga & su masa se real reali$ i$ó ó !or !or ve$ ve$ !rim !rimer eraa en los los aos aos oc#e oc#ent ntaa del del sigl siglo o I I & cons consti titu tu& &e un acontecimiento im!ortante en el desarrollo de la Física' El fundamento del e!erimento consiste esencialmente en estudiar la interacción que sufren los electrones cuando !enetran en un cam!o magn%tico' En este tra)a+o se determinar" el valor de la carga elemental !ara ello estudiaremos el com!ortamiento descrito !or un #a$ de electrones inmersos en un cam!o magn%tico & las condiciones condiciones en las las cueles cueles la energía energía cin%tica cin%tica de de los mismos mismos !ermanece !ermanece consta constante' nte' 3e dilucidar" cuales son los factores que inducen al o)+eto en mención a descri)ir una ór)ita circular & com!araremos los resultados e!erimentales relación carga-masa5 con el valor  o)tenido !or 6 6 7#omson,

e#$e

11

¿ 1.77  x 10

C#%&'

uando una carga el%ctrica se mueve en el seno de un cam!o magn%tico e!erimenta una fuer$a !er!endicular al cam!o ( & al vector de velocidad v' Esta fuer$a cum!le la relación vectorial F8 qv  9 & si la !artícula cargada entra en dirección !er!endicular al cam!o magn%tico entonces la fuer$a magn%tica o)liga a la carga a descri)ir una circunferencia  !ues act:a como una fuer$a centrí!eta cum!li%ndose,

;e donde se !uede determinar la relación )*+*#$ 5 !ara la !artícula si se conocen el valor  del cam!o magn%tico < la velocidad de la !artícula v & se mide el radio = de la tra&ectoria que descri)e en el cam!o magn%tico' uando una !artícula con una carga q se dis!ara con una velocidad v en una región donde eiste un cam!o magn%tico so)re ella se e+erce una fuer$a F que tiene las siguientes características, 1' 3i la !artícula esta en re!oso o tiene la misma dirección o en dirección o!uesta al cam!o magn%tico entonces la fuer$a es cero' 2' uando la !artícula se mueve de tal manera que su velocidad , forma un "ngulo con las líneas de cam!o entonces la fuer$a es !ro!orcional a , velocidad de la  !artícula5 a . cam!o magn%tico5 & al sen-' >' (a fuer$a es !er!endicular a v & .'

M/T"D" EPERIMENTAL (o que se )usca ver es un #a$ de electrones dentro de un tu)o al vacío que descri)en un movimiento circular a causa de un intenso cam!o magn%tico' ;ic#o cam!o resulta !or el movimiento de los !ortadores de carga en dos )o)inas de #elm#olt$ que rodean el tu)o al vacío' El dis!ositivo e!erimental e#$ donde se !roducen los electrones !ara reali$ar la !r"ctica se !uede ver en la siguiente figura'

Fi&ra 1' Des3rip3ión 4e5 4isp6sitiv6 4e e#$ (a am!olla de vidrio contiene gas #idrógeno a )a+a !resión' (os electrones se originan !or  efecto termoiónico el cual consiste en calentar un filamento a alta tem!eratura lo que da lugar a la emisión de los mismos una ve$ !roducidos se aceleran mediante la acción de un cam!o el%ctrico' Estos electrones c#ocan contra las mol%culas de #idrógeno !roduciendo un estado ecitado de las mismas' uando una mol%cula vuelve al estado normal el eceso de energía a!arece en forma de lu$ visi)le' El cam!o magn%tico se o)tiene mediante un dis!ositivo que se conoce con el nom)re de  )o)inas de ?elm#olt$' Estas )o)inas son recorridas !or una corriente intensa del orden del am!erio & dan lugar a un cam!o magn%tico que en la $ona interior de las )o)inas es  !r"cticamente constante' El dis!ositivo e!erimental lleva incor!orados adem"s de la citada am!olla de vidrio con gas #idrógeno & las )o)inas de ?elm#olt$ una fuente de alimentación cu&a misión es calentar el filamento met"lico que !roduce los electrones otra fuente de tensión de varias centenas de voltios cu&a misión es comunicar una velocidad elevada a los electrones & otra fuente que de)e suministrar corriente del orden de los am!erios a las )o)inas de ?elm#olt$ todo acom!aado de un am!erímetro & un voltímetro' El am!erímetro mide la intensidad de la corriente que recorre las )o)inas & el voltímetro la diferencia de !otencial que !ermite acelerar a los electrones'

PAS"S PARA REALI7AR EL EPERIMENT" 1' 3i va a tra)a+ar en un cuarto iluminado coloque la ca!uc#a so)re el a!arato e.m' 2' oloque el interru!tor en la !osición ME@3U=E medida5' >' Aire el tornillo de a+ustar corriente de las )o)inas de ?elm#olt$ a la !osición BFF a!agado5'

4' onecte sus fuentes & medidores en el frente del !anel del a!arato e.m tal como se muestra en la Fig' 1' C' @+uste la fuente a los siguientes niveles,  alentador del caón de electrones, D'>  @ o ;' =E@UIBG, El volta+e del calentador del caón de electrones nunca de)e eceder D'> voltios' olta+es m"s altos quemar"n el filamento o incluso destruir"n el tu)o e.m'  Electrodos aceleradores, 1C0 a >00 ; 
RES!LTAD"S 8 DISC!SIÓN TA(LA 1' I:;
,a=<,a DC KC L4

ri;
r4;
r$;
CK C> 4H

C0 4C 40

C>C 4H 44C

Fi&ra 9' 3e o)serva la res!uesta de cada radio interno & eterno5 al a!licarle volta+es tomados de die$ en die$ a !artir de 100 voltios' Este volta+e es el que se im!lementa !ara acelerar a los electrones' (os radios se o)servan en el )ul)o & los radios se o)tuvieron gracias a una regla que !osee el equi!o del la)oratorio la cual tiene el !unto de referencia en la mitad de las circunferencias estando 0 mm en el centro & etendi%ndose de forma #ori$ontal a la derec#a e i$quierda aumentando 1 mm'

C"NCL!SI"NES (os electrones son acelerados cuando !asan !or el cam!o magn%tico uniforme generado  !or las )o)inas de ?elm#olt$ el cam!o magn%tico desvía el ra&o de electrones & lo #ace tomar una forma circular' En el desarrollo del e!erimento en la esfera la cual contiene #elio o un gas confinado a  )a+a !resión de!endiendo del volta+e a!licado !ara acelerar a los electrones o al ra&o de electrones se o)serva que se forman dos circunferencias una con un radio ma&or que la otra la de menor radio se forma dentro de la de ma&or radio se o)servó que am)as eran conc%ntricas adem"s que el radio aumenta)a a medida que el volta+e !ara acelerar a los electrones aumenta)a' uando el electrón via+a a grandes velocidades la carga & la masa se ven afectadas !or  efectos relativistas esto !odría e!licar el #ec#o de que cuando aumenta la diferencia de  !otencial aumente la relación q.m &a que una ve$ aumenta la diferencia de !otencial la velocidad del #a$ aumenta & su masa relativista aumenta tam)i%n' ara 7ener en cuenta,  @l reali$ar este e!erimento se de)e tener muc#o cuidado al momento de mani!ular 

el volvo que contiene el gas &a que es mu& fr"gil & con un mal movimiento se  !uede daas'

 a que se cuenta con una fuente !ara calentar el filamento del )ul)o esta de)e estar 

fi+ada a un volta+e es!ecífico & no de)e ser modificada a un valor ma&or &a que se corre el riesgo de daar el filamento ni a un valor menor &a que se corre el riesgo no o)tener los ra&os de electrones a!ro!iadores'  @dem"s de esto se de)e ser mu& !recavido &a que el volta+e !ara acelerar a los

electrones es del orden de los ciento voltios se !uede a!reciar en la Figura 25 & se mane+an intensidades de corrientes del orden de los am!erios'  a que se tra)a+a con )o)inas no es recomenda)le acercar muc#os equi!os

electrónicos &a que el cam!o magn%tico que genera !uede estro!ear los equi!os'

REFERENCIAS N1O Introducción a la física moderna – Mauricio Aarcia astaeda 6eannine EPert ;e Aeus 7ercera edición – Universidad Gacional de olom)ia5

N2O Física Moderna ='@' 3erPe& '6' Moses '@' Mo&er 7ercera Edición 7omo 2 Editorial Mc AraP ?ill

N>O#tt!,..srv2'fis'!uc'cl.mediaPi/i.inde'!#!.argaQEs!ecR>R@;ficaQdelQElectr  R>R<>nQFi$0>115 N4O#tt!,..PPP'#eurema'com.F.F1H-=elace-m.=elaciRF>nR20carga-masa'!df  NCO#tt!,..PPP'slides#are'net.Mar3im!son.determinacin-de-la-carga-es!ecifica-delelectron NDO#tt!,..PPP'docentes'unal'edu'co.+d)aenad.docs.ME.guion14-=elacionSMe'!df