3_Deflexión Elec y Magn_2016

3. Deflexión Eléctrica y Magnética de Electrones

�

Guía Electromagnetismo

16√ 10 ��0



�

√  

(13)

√



�� =



( + ��)2

�� = √

 

��0

25

��√ �� 

(14)



Figura 4. Diagrama de la deflexión de un haz de electrones que incide con velocidad ��a una región donde existe un campo eléctrico uniforme vertical.

Figura 5. Deflexión de un haz de electrones que incide con velocidad ��en una región donde existe un campo magnético uniforme entrando al plano de la hoja. Donde �es el factor geométrico: 

�=

( + ��)2

16√ 10 ��0 �

��0

25

30

(15)



A partir de medidas de la corriente I en las bobinas que deflectan el haz y el voltaje deflector  que lo regresa a posición cero, para cada valor de voltaje acelerador  , podemos a partir del cálculo experimental de la pendiente  calcular √ �⁄ , dado que el factor geométrico G, ecuación 15, se conoce.

31


3.


DISEÑO EXPERIMENTAL:

3.1. Materiales y equipo: Tubo de rayos catódicos TRC  Fuente de poder para el TRC  Fuente de poder para las placas deflectoras  Bobinas de Helmholtz para la creación del campo magnético  Fuente de poder para las bobinas  Cables de conexión  Voltímetro DC  Regla 

3.2. Magnitudes Físicas a medir: Voltaje acelerador V a , voltaje deflector V D (en la deflexión eléctrica), corriente I que circula por las bobinas, desviación D (ó deflexión) medida desde el centro de la pantalla ó la posición correspondiente cuando V D = 0. Del Tubo de Braun o TRC debe tomar las medidas de: longitud de las placas s, separación entre placas d , distancia desde el final de las placas a la pantalla L. Algunas características del tubo son:      

Filamento: Vf = 6.3V AC, I ˜ 0.5 A Voltaje de grilla VG: 0 → + 12 V DC Voltaje wehnelt V1: 0 → + 50 V DC Voltaje ánodo acelerador V2: 0 →+ 300 V DC Con un voltaje fijo +300V Voltaje placas deflectoras VD: - 80 → 0 →+80 V s =18mm, L= 10cm, d= 13mm

Algunas características de las bobinas:  

Número de espiras N=154 Diámetro = 40cm

3.3. Montaje: En la Fig.6 se muestra un esquema del panel de conexiones del tubo de rayos catódicos con casquete y las bobinas de Helmholtz. Vf es el voltaje alterno que se aplica al filamento (6,3 Vac). Los bornes negativos de la fuente aceleradora se conectan entre si y uno va al borne indicado con el símbolo tierra en el tubo. La salida fija de 300V se conecta en serie con la salida variable de 0 a 300 V. Este voltaje se aplica al ánodo acelerador y se llama V2. Los bornes positivos de las fuentes variables van respectivamente a los bornes del tubo indicados con el valor respectivo: 0 a 12, VG; 0 a 50, aplicado al ánodo enfocador y se llama V1; 300 a 600. Los bornes de salida de la fuente deflectora (c), VD, de -80 V a +80 V, van a los bornes de las placas de desviación. Las bobinas deben ser orientadas y conectadas tal que el campo magnético que crean sea horizontal, perpendicular al eje del tubo de rayos catódicos y al campo eléctrico creado por las placas.

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NOTA: Si usted recibe un TRC sin casquete, pida al laboratorista un plano de conexiones del tubo que recibe.

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3.4. Precauciones:   



La operación de un TRC es relativamente simple, pero Ud. debe asegurarse de que todas las conexiones son correctas y que conoce el rango de operación del TRC. Debe asegurar que la orientación del TRC es tal que el haz sufre la mínima desviación posible debido a la acción del campo magnético terrestre sobre el haz de electrones. La medición de la desviación D sobre la pantalla debe hacerse cuidando de corregir el error de paralaje que podría presentarse al no mirar perpendicularmente el punto deflectado y la referencia (posición inicial). El eje de las bobinas deflectoras debe estar entre 4 y 6 cm. atrás del plano de la pantalla, con el objetivo de que el campo magnético curve el haz de electrones justo antes de incidir contra ella. En estas condiciones el campo es aproximadamente constante y se satisfacen las ecuaciones (4).

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: 4.1. Una vez que el TRC se ha conectado a la fuente, debe escogerse un voltaje acelerador V2 hasta que el haz llegue a la pantalla y luego con el voltaje Wehnelt (V1) enfocar el haz sobre la pantalla. El voltaje total V a es la suma de las tres fuentes: VG: 0 a 12 V; V1: 0 a 50 V, V2: 300 a 600 V, los 300 V los provee los bornes de la fuente constante; los otros 300 los provee los bornes de la fuente 0 a 300 V. NOTA: Esta última salida de la fuente por lo general solo muestra que va de (0 a 300) V, pero esta ya tiene fijo un voltaje de 300V. Inicie el experimento con la perilla en cero de la fuente 0-300V. Para el nuevo voltaje acelerador escoja la perilla de 0 a 300 V en 300 V ó en el máximo valor que le permita enfocar el haz sobre la pantalla.

4.2. Referencie el punto sobre la pantalla cuando V D = 0 (medido en los conectores de las placas deflectoras), el punto debe estar muy cerca del centro geométrico de la pantalla. 4.3. Si el haz se encuentra desviado del centro de la pantalla oriente el tubo hasta que la desviación sea mínima (debida a la acción del campo magnético terrestre). 4.4. Elija V a (V a= VG+V1+V2) en un valor fijo. Verifique con su profesor si el valor es el adecuado. Lleve los datos a la Tabla correspondiente. 4.5 Coloque el voltaje VD en cero, donde se tendrá el haz con la mínima deflexión. 4.6 Dejando V a en el mismo valor, aumente el voltaje deflector en las placas V D y fije la deflexión D E en aproximadamente 2 mm, consigne en la tabla No. 3 este valor de V D. 4.7 Ahora empiece a circular corriente por las bobinas de tal forma que el punto sobre la pantalla retorne al lugar inicial, tome el valor de la corriente necesaria para que esto suceda. 4.8 De nuevo aumente el potencial deflector de las placas VD hasta que el punto regrese a los 2mm anteriores y devuelva esta deflexión aplicando corriente a las bobinas. 4.9 Repita el procedimiento de los numerales 4.4 y 4.5 para obtener aproximadamente 10 valores de VD y I D. 4.10 Vuelva la corriente de las bobinas y el voltaje deflector a cero.

5

ANÁLISIS:

5.1 Grafique I en función de V D, para el valor de V a. Determine la pendiente, Tabla No. 1. ¿Que representa está pendiente? 5. 2 Determine el valor nominal del factor geométrico G, ecuación (15), y el valor teórico de la relación √ �⁄ , de acuerdo con los valores definidos para estas dos constantes universales. 34


Lleve sus datos a la tabla 2.

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Figura 6 (a) Esquema de conexión tubo de rayos catódicos con casquete. Conexión del tubo Brown con la fuente de poder y la unidad de operación

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Figura 6 (b) Esquema de conexión bobinas deflectoras.

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5.3 Calcule √   para cada par de datos de la Tabla 1; consígnelos en la tercera columna de la Tabla 1. Grafique VD en función √  ��. 5.4 Calcule para esta curva la pendiente m´ . Calcule el valor experimental de la raíz de la relación carga masa del electrón √ �⁄ , con su respectiva incertidumbre, de acuerdo con la ecuación (14). Consigne los valores calculados en la Tabla 2. 5.5 Analice sus resultados. Determine claramente y explique en su informe la incertidumbre en la medida de √ �⁄ . 6

BIBLIOGRAFÍA DE CONSULTA

, cap. 28, 3ra edición. Editorial. Mc. Graw Hill. [1] R. A. Serway, Física tomo II [2] Halliday – Resnick, Física Para Ciencias e Ingeniería , Tomo 2; Editorial CECSA [3] M. Alonso, E. Finn, Física ; tomo 2 Editorial Addison Wesley Iberoamericana

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TABLAS DE DATOS DD

Fecha:

MM

Profesor: Asistente. de Docencia: Grupo de Laboratorio:

Nombre:

Código

Plan

Datos del equipo: s=

L=

d=

Tabla 1 Deflexión Eléctrica y Magnética

V g



V 1



V 2



V a



VD ( )±

± ± ± ± I( ) ±

√   ( ) ±

34

AA


m=

±

(

)


m´ =

±

35

(

)


Tabla 2 (e/me)teórico =

G= m´= 

√ �� experimental =

(

±

)

(

±

(

±

) )

( )

Análisis y cálculos:

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