DETERMINACIÓN DE LA CARGA ESPECÍFICA DEL ELECTRÓN Universidad Distrital Francisco José de Caldas Johan Madero – Gustavo Andrés Meza Yillmar Sánchez – – Jennifer Moreno Diciembre de 2012
Resumen En el siguiente informe se detallará el montaje para determinar la carga específica del electrón. En primer lugar, se conecta el tubo electrónico de rayo filiforme, las bobinas de Helmholtz, un voltímetro, un amperímetro y sus respectivas fuentes de alimentación. Luego de esto se debe encender la fuente de alimentación y enfocar el rayo de electrones generado de tal forma que describa una órbita circular con radio 4cm. Se debe mirar el borde interno de la corredera derecha, alinearlo con su imagen espejo y ajustar la corriente de la bobina de tal modo que el rayo de electrones corra tangencialmente a lo largo de la corredera cubriendo la imagen espejo, luego se debe reducir el potencial de aceleración en pasos de 10V hasta llegar a 200V y seleccionar una corriente de bobina de modo que la orbita del rayo de electrones tenga un
diámetro de 8 cm, registrando así los datos obtenidos en una tabla.
Palabras Clave Carga, electrón, tubo electrónico de rayo filiforme, bobinas de Helmholtz, voltímetro, amperímetro, corriente, voltaje.
Abstrac The following report will detail the installation to determine the specific charge of the electron. First, it connects the electron beam tube filiform, Helmholtz coils, a voltmeter, an ammeter and their respective power supplies. After that you must turn on the power and focus the electron beam generated in a way that describes a circular orbit with radius 4cm. It should face the inner edge of the right slide, align with its mirror image and adjusting the coil current so that the
electron beam runs tangentially along the slide covering the mirror image, then it must reduce potential acceleration in steps of up to 10V and 200V select a coil current so that the orbit of the electron beam has a diameter of 8 cm, thus recording the data into a table.
Key words Load, electron beam electron tube filiform, Helmholtz coils, voltmeter, ammeter, current, voltage.
Introducción En esta práctica de laboratorio se pretende determinar la carga específica del electrón, por medio del uso de un tubo de rayo electrónico filiforme y bobinas de Helmholtz (están separadas por una distancia igual al radio de las mismas), que permite estudiar el comportamiento de un rayo electrónico en un campo magnético perpendicular a la trayectoria de los electrones, y debido al gas noble contenido en el tubo, es posible ver la órbita que genera, la cual será medida con un radio de 4cm, variando voltaje y corriente. Los electrones en movimiento están sometidos en el campo magnético a una fuerza perpendicular a la dirección del campo y a la dirección del movimiento.
La magnitud de la fuerza es proporcional a la carga e, a la velocidad v de los electrones y a la densidad del flujo magnético B. Debido a la acción de esta fuerza, el rayo concentrado de electrones forma un arco y si el campo magnético es lo suficientemente intenso forma una órbita circular; el experimento consiste en medir la corriente, para mantener siempre el mismo radio de la órbita, disminuyendo el voltaje suministrado al inicio.
Contenido Procedimiento Experimental Descripción de materiales: Para la realización del montaje experimental se utilizan los siguientes componentes: 1 tubo de rayo electrónico filiforme. 1 bobina de Helmholtz con soporte y dispositivo de medición. 1 fuente de alimentación de CC de 0 - 500 V 1 fuente de alimentación de CC de 0 - 20 V 1 voltímetro 1 amperímetro 1 teslámetro
Antes de empezar se tuvieron en cuenta ciertos parámetros de seguridad (guía práctica de laboratorio) y diversas restricciones sugeridas por el laboratorista que se debieron tomar al momento de manejar el equipo.
Figura 1. Montaje experimental para determinar la relación carga masa del electrón.
Primero se conectó la terminal de 6,3 V de la fuente al tubo de rayo electrónico filiforme, posteriormente se puentea la salida de la hembra del tubo de rayo electrónico filiforme con la fuente de cc a la salida de 500v.Con el fin de el potencial de aceleración U, se conectó voltímetro (rango de medición 300 V –) a la salida de 500V. Así mismo se conectó la fuente de alimentación de CC y el amperímetro (rango de medición 3 A) en serie con las bobinas de Helmholtz.
Figura 2. Montaje experimental para determinar la relación carga masa del electrón.
Figura4. Órbita circular descrita por los electrones
Figura 3. Conexiones eléctricas.
El dispositivo experimental funcionó con 1 tubo de rayo electrónico filiforme que consta de un cañón de electrones y una ampolla
transparente que tiene hidrógeno a baja presión. Este funciona con dos dispositivo el primero es un filamento que se calienta y hace por efecto termoiónico que exista un desprendimiento de electrones, el cual se alimenta de la fuente de 6.3v, y el potencial acelerado es producido por el voltaje que osciló de 300v a 200v .Todo el conjunto se coloca en el centro de dos bobinas de Helmholtz que proporcionan un campo magnético uniforme en la región lo cual hace que los electrones describan una trayectoria circular, la bobinas funcionaron con un amperaje que vario de 0A a 3A. Cuando se consiguió un arco circular se midieron 8 cm en el dispositivo de medición y se alineo con los espejos a fin de que fuera más fácil la observación de ese arco con respecto al dispositivo de medición. De manera que para realizar las medidas se puentearon un voltímetro y un amperímetro los cuales nos fueron útiles para tomar las medidas del potencial de aceleración U en relación con la corriente de las bobinas, y esto fue posible observando que la medida del arco siempre fuera de 8 cm. Las medidas que se tomaron partieron de 300v y fueron bajando progresivamente de 10v en 10v hasta alcanzar los 200v. Posteriormente se realizó el montaje para la calibración de las bobinas
Helmholtz. Esto se hizo con un teslámetro, el cual se ubicaba en el centro de las bobinas, en los tres ejes coordenados, y se tomaron medidas que aumentaban 0.5A hasta llegar a los 3A.
Resultados Se obtuvieron los siguientes datos:
U (V)
I (A)
300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200
2,16 2,09 2,04 2,01 1,99 1,95 1,88 1,86 1,81 1,76 1,72
CORRIENTE DE BOBINA I EN FUNCIÓN DEL POTENCIAL DE ACELERACIÓN U A UN RADIO DE ÓRBITA CONSTANTE r=0,04 TABLA 1.
. I^2 vs U
GRÁFICA 1
Calibración del campo magnético:
I(A)
B(mT)
2,16 2,09 2,04 2,01 1,99 1,95 1,88 1,86 1,81 1,76 1,72
1,46 1,4 1,36 1,32 1,26 1,2 1,17 1,15 1,11 1,07 1,02
CAMPO MAGNÉTICO B DE LAS BOBINAS DE HELMHOLTZ EN FUNCIÓN DE LA CORRIENTE DE BOBINA I. TABLA
2.
As/Kg
Para U=280V y B=1,36mT
As/Kg
Se tiene que la carga específica del electrón es:
As/Kg
Por lo tanto, el experimento nos dio un resultado satisfactorio, ya que los resultados son bastante cercanos al valor documentado.
Porcentaje de error
Conclusiones GRÁFICA 2.
B (mT) vs I(A)
Ahora, usando las ecuaciones indicadas en la guía de laboratorio:
, entonces: Para U= 300 V y B= 1,46 mT
As/Kg
Para U=290 y B=1,4 mT
A medida que se disminuye el voltaje, para mantener la órbita con el mismo radio de 4 cm se debe disminuir la corriente. disminuye la Cuando corriente en la calibración del campo magnético de las bobinas de Helmholtz, el valor del campo disiminuye. El uso del tubo de rayos filiforme y las bobinas de Helmholtz es un método
efectivo para determinar la carga específica del electrón.
Referencias
Serway, Raymond A. Física Para Ciencia e Ingeniera. Cuarta edición. Volumen 2. Acosta, Virgilio. Curso de Física Moderna. Burbano de Ercilla, Santiago. Física General. http://es.scribd.com/doc/5884 5479/Carga-Especifica-DelElectron-y-Lineas-de-Fuerzay-Equipotenciles
Autores Sánchez Lozano Yillmar 20092074074 Madero Ortiz Johan Smik 20091074044 Moreno Bermudez Jennifer L. 20091074099 Meza Gustavo Andrés 20071074048
