Universidad del Valle. Experimentación de Física II.
INFORME: DEFLEXIÓN ELÉCTRICA Y MAGNÉTICA. *ndr;s Murcia 3/(/=(863N >teven Espinal 3(1317=(863N *ndr;s "an-el 0(/13=(863 Experimentación de Física II$ Universidad del Valle. ? de mar'o de /18 norberto.murciaOcorreounivalle.edu.coNN ,avier. norberto.murciaOcorreounivalle.edu.co ,avier.espinalOcorreouniv espinalOcorreounivalle.edu.co alle.edu.coNN ,ose.ran-elOcorreounivalle.edu.co ,ose.ran-elOcorre ounivalle.edu.co
Resumen — Durante esta práctica se contó con un equipo
de un tubo de raos catódicos !"#$ bobinas de %elm&olt'$ cables de conexión$ voltímetro$ amperímetro ( )uentes de poder una para las bobinas$ otra para el !"# la otra para las placas de)lectoras. de)lectoras. *l inicia iniciarr la prácti práctica ca los elemen elementos tos a se encont encontrab raban an conectados es decir que a estaba montado el circuito de estu estudi dioo de mane manera ra qu quee come comen' n'am amos os a revi revisa sarr qu quee las las conexiones eran adecuadas veri)icando la conexión del !"#$ las placas de)lectoras las bobinas a su respectiva )uente de poder$ la polaridad escala del amperímetro. +osteriormente$ con las escalas de las )uentes en cero se prende la )uente del !"# se comen'ó a aumentar lentamente los volta,es de la )uente &asta que en la pantalla se lo-re observar el &a' de electrones primero aumentando V- a /v lue-o el volta,e V a 01v o &asta que se lo-rara observar una manc&a en la pantalla por 2ltimo se varia V/ de (11 a 311v para lo-rar un punto en)ocado en la pantalla en este caso se &alló el punto en)ocado en los volta,es V- 4 1./ 51.1$ V 4 (6.351.1 V/ 4 00751.1v los cuales )ueron medidos con el voltímetro por lo tanto el volta,e total Va el cual es la suma de V-$ V V/ dio como resultado Va 4 31/.8/51.1( se re-istraron los valores en la tabla de datos estos volta,es se de,an constantes durante el experimento. 9ue-o se procedió a encender la )uente de la placas de)lectoras Vd veri)icando con el voltímetro que la salida de volta,e sea i-ual a cero Vd 4 1 nos en)ocamos en el punto que el &a' de electrones re)le,a sobre la pantalla el cual debía deb ía estar estar en el centro centro sin embarembar-o$ o$ estaba estaba despla despla'ad 'adoo aproximadamente mm del centro por lo que comen'amos a -irar el monta,e de las bobinas con el !"# e)ectivamente se presentaba un peque:o despla'amiento despla'amiento del punto por lo que se lo-ró acomodar el punto en el centro. Despu;s$ se marcó ese punto como re)erencia se aumentó Vd cuando se aumentaba la perilla &acia <71v se observó un despla'amiento lineal &acia la derec&a del punto central cuando se aumentó &acia =71v =71v el desp despla la'a 'ami mien ento to )ue )ue &aci &aciaa la i'qu i'quie ierd rda$ a$ luelue-oo re-resamos a V- a cero. >e-u >e-uid idam amen ente te$$ se ence encend ndió ió la )uen )uente te de po pode derr de las las bobinas se establece la perilla de corriente en * lue-o se varió la perilla de volta,e se observó un despla'amiento así que se re-res re-resóó el &a' al pun punto to de re)ere re)erenci nciaa despu; despu;s$ s$ se come comen' n'óó a vari variar ar el camp campoo ma-n ma-n;t ;tic icoo para para lo-r lo-rar ar un unaa desviación de / mm para esto se aumenta la perilla de volta,e
se re-istra el valor de la corriente con el amperímetro se lleva a la tabla de datos. +osteriormente se varió el volta,e de)lector Vd para re-resar el &a' a su punto central lue-o se aumentó la corriente para desviarlo / mm se varia Vd para re-resarlo a centro se re-istran los valores de corriente volta,e en la tabla. >e repitió el proceso &asta que se alcan'ó un Vd máximo i-ual a ?6.(v una corriente de 1.(?*. Una ve' tomado los datos se reali'aron las mediciones del )actor -eom;trico @ el valor teórico de la relación car-a masa del electrón. +ara el )actor -eom;trico se utili'ó la ecuación A0B el cual es un valor constante que se obtiene con los parámetros de las bobinas del !"# donde C 4 06 es el n2mero de espiras de las bobinas$ " 4 /1cm radio de las bobinas$ s 4 7mm anc&o de las placas$ 94 1cm distancia recorrida sobre el campo ma-n;tico$ d4(mm distancia entre las placas$ o46 1G=8 CH*G/ permeabilidad del vació una ve' se rempla'an estos valores en la ecuación se obtuvo un valor de @ 4 (./?1G=3 CH*. +ara obtener el valor teórico de la relaci relación ón carcar-aa masa masa del electr electrón ón se utili utili'ó 'ó los valore valoress universales de la masa me 4 ?.1?61G=( - de la car-a e 4 =.31/1G=? # se reali'ó la raí' cuadrada de AeHmeB lo que dio como resultado 6?.(1J #H-. #on el valor teórico a calculado se puede proceder a &acer &acerlo lo de )orma )orma exp experi erime menta ntall para para ello ello reali' reali'amo amoss una -rá)ica de I vs Vd a que de acuerdo a la ecuación A6B se observa que I Vd tienen una relación lineal por lo tanto las constante que multiplican a la corriente I equivalen al valor de la pendiente experimental de esta manera con el valor de @ Va se pue puede de calcul calcular ar la relaci relación ón car-a car-a masa masa del electr electrón ón experi exp erimen mental talme mente nte despe, despe,and andoo de la ecuaci ecuación ón la cual cual dio como result resultado ado (.(3? (.(3?11 #H-. ⁶
Palabras claves— !"#$ placas placas de)lector de)lectoras$ as$ )uente )uente de
poder$ bobinas$ bobinas$ pantalla$ &a' de electrones$ electrones$ electrón=masa. electrón=masa.
I. I C!"KDU##ILC. En esta práctica se estudiará el movimiento de electrones su de)lexión ba,o la acción de campos el;ctricos ma-n;ticos uni)ormes determinar la relación car-a masa del electrón. +ara ello$ utili'aremos un !"# tubo de raos catódicos el cual es un tubo de vacío de vidrio dentro del cual un ca:ón de electrones emite una corriente -uiada por un campo el;ctrico
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que produce con)ina un &a' de electrones que envía &acia una pantalla recubierta de material luminiscente$ de )orma que cuando los electrones c&ocan contra ella emite lu' cua intensidad o brillo$ es proporcional a la cantidad velocidad de los electrones incidentes. +ara crear el campo ma-n;tico uni)orme utili'amos dos bobinas en con)i-uración de %elm&olt' el cual consiste en dos bobinas id;nticas de C espiras radio " separadas una distancia " tiene la venta,a de crear un campo intenso mu uni)orme. +ara que el &a' de electrones manten-a su posición en un punto )i,o al traspasar el campo el;ctrico el ma-n;tico es necesario que los campos sean perpendiculares.
II. M*"#K !EL"I#K. En la práctica se recreó el experimento de raos catódicos de P.P !&ompson$ que básicamente consiste en un tubo de vidrio el cual en su interior se le &a &ec&o un vacío de aire en su este se &an insertado dos )ilamentos que al calentarse$ por termo=emisión$ emite electrones en el extremo positivo del tubo que &a sido recubierto con un material )luorescente para poder notar un punto en dic&o material. 9ue-o de notar dic&o rao de partículas$ se enteran de que con un campo el;ctrico$ pueden de)lactar dic&o rao$ por tanto se pone dos placas paralelas que cuando tienen un potencial de volta,e entre ellas$ desvían el rao. Qasándose en esto P.P !&ompson descubrió que si a su ve' ponía un campo ma-n;tico uni)orme el rao tambi;n se desviaba$ para -enerar ese campo ma-n;tico uni)orme uso una bobina %elm&olt'$ que no es nada más nada menos que dos bobinas i-uales en cantidad de espiras$ volta,e de alimentación con un diámetro i-ual con una distancia de separación del valor del radio de estás$ para -enerar un campo ma-n;tico uni)orme ,usto en el intermedio de estas. #on estos elementos$ el tubo de raos catódicos$ las placas paralelas la bobina de %elm&olt' el se:or P.P !&ompson lle-a a la conclusión de que si el &a' de partículas se puede de)lactar tanto con campo el;ctrico ma-n;tico$ es porque su car-a es ne-ativa$ sabiendo esto intento &allar la masa o la car-a de dic&as partículas$ pero eran demasiado peque:as para calcular dic&os valores$ por tanto opto por calcular la relación car-aHmasa al darse cuenta que esta relación era tan -rande solo podía si-ni)icar dos cosas$ que las partículas soportaban una car-a enorme$ o que eran más peque:as que un ion de &idro-eno$ se decidió por lo 2ltimo$ descubriendo así que los raos catódicos se componían de partículas que emanaban de los átomos mismos$ para así$ con las conclusiones de su discípulo "ut&er)ord$ lle-ar a la idea de lo que &o conocemos como electrón.
III.DI>ERK ES+E"IMEC!*9. >e debe de reali'ar la si-uiente conexión entre todas las )uentes de poder las bobinas con las que se va a reali'ar el experimento.
Gráfica 1- #onexiones )uentes de poder.
>e debe de encender la )uente de poder del !"# comen'ar a variar V$ V/ V-$ &asta que se lo-re divisar un punto en la pantalla del !"#. 9as perillas de los volta,es se movieron &asta el valor máximo para poder tener un buen punto el cual se viera nítido. Datos Experimentales Vg 10.12 ±0.01 = V1 = 34.6 ±0.01 V2 = 558 ±0.01 Va = 602.72 Tabla 1- Datos *dquiridos.
*&ora con el voltímetro se debe ase-urar el volta,e Vd que sea cercano a 1. >e está &ablando de la )uente de placas de)lectoras. #uando se movía &acia <71v el punto se despla'aba &acia la derec&a lo contrario sucedía cuando se movía para =71v$ i'quierda. >e debe de encender la )uente de las bobinas$ la corriente que se utili'ó$ se estableció en *mpere como máximo. #uando
Universidad del Valle. Experimentación de Física II. se aumentaba el valor del volta,e se movía el punto &acia la derec&a. #uando se ten-a el punto en la re)erencia A1$1B$ se debe aumentar el volta,e de las bobinas despla'arlo /mm con el volta,e de las placas de)lectoras devolverlo a su posición de re)erencia. >e repite este procedimiento &asta que el Vd sea el máximo que arro,e la )uente de poder. !odos estos datos se a-re-aron a la si-uiente tablaT
(
√
e me
G √ V a =mexp
Anexo 1- Ecuación pendiene!
!eóricamente se deben de conocer los datos de la relación masa electrón el )actor -eom;trico.
Datos T!"#$os Datos Obtenidos I() Vd() 0.1 13.3 0.148 26.9 0.189 38.1 0.23 49.1 0.269 60.1 0.31 70.2 0.351 81.1 0.395 94.3 Tabla 2 – Datos de #orriente Volta,e.
Estos son los datos que se debían obtener dentro de la práctica de laboratorio.
IV.DI>#U>ILC DE "E>U9!*DK>. En base a la tabla / se debe de -ra)icar I vs VD.
100
80
√
e m
0.26 2 sL 2
( s + L )
3.29x10%-6 /+ Tabla "- Datos teóricos$ calculados. +ara comparar la in)ormación se tiene los valores experimentales.
x= 271.55 Ra x"#ta= 3361987.603 Tabla #- Valores experimentales.
I vs Vd 90
419.3x10%3 &o'o*+,
f(x) = 271.55x - 13.48 R² = 1
70 60
En comparación para poder tener una conclusión se &ace un poco di)ícil a que cuando se obtiene el valor de la raí' experimental da mu ale,ada del valor calculado$ del teórico. 9o cual de,a una -ran incertidumbre en el momento de reali'ar la comparación.
50
V. #KC#9U>IKCE>
40 30 20 10 0 0.05 0.1 0.15
0.2 0.25
0.3 0.35 0.4 0.45
Gráfica 1 – I vs Vd.
9a pendiente de esta -rá)ica está determinada por la si-uiente ecuación.
#on los resultados de la tabla podemos decir que &a -ran precisión en los datos a que no se presentan una elevada dispersión en el -rá)ico de I vs Vd de &ec&o su comportamiento es mu lineal la incertidumbre de la pendiente es de 1.??? relativamente ba,a sin embar-o$ al comparar el valor teórico de car-a masa del electrón con el valor experimental se observó una elevada di)erencia entre ambos 6?.(1J #H- (.(3?1 #H- respectivamente por lo tanto los datos no son exactos comparados con el valor teórico universal. *demás$ se reporta una incertidumbre del valor experimental de /(7/3$?8 lo cual es un error mu ⁶
Universidad del Valle. Experimentación de Física II. elevado es posible que esto se deba a la )orma como se tomaron los datos de I Vd a que al reali'ar las desviaciones de /mm del &a' aumentando corriente era di)ícil determinar la distancia exacta con el simple o,o &umano a que la escala de la pantalla del !"# estaba en milímetros además$ es probable que durante el cálculo no se tomaron su)iciente decimales lo cual pudo aumentar el error en el resultado )inal no obstante el error si-ue siendo elevado.
6
VI.
"EFE"EC#I*> .
[1] >E"*$ "amond *. Física$ >;ptima Edición. [2] +ractica de laboratorio reali'ada por el +ro)esorT @ustavo +arra.
