Relación Carga-Masa Yorman Zambrano Silva (1); Doris Mejía (2), Juan Camilo García (3)
Laboratorio de Electromagnetismo Facultad de Ingeniería y Arquitectura Universidad de Pamplona
INFO Estudiantes de Ingeniería Química e Ingeniería Industrial. (1)
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Palabr Pal abras as clave cl aves. s. Campo Eléctrico, CargaMasa, Bobinas de Helmholtz. K ey wor ds Electric Field, charge to mass, Helmholtz coils.
R E S U M E N En el presente informe de laboratorio se estudió la interacción entre cargas eléctricas en movimiento y campos magnéticos creados por bobinas de Helmholtz; en ese sentido, se determinó que lo electrones fueron la partícula que emitió el filamento en cuestión que se trabajó en el laboratorio..
A B S T R A C T In this lab report the interaction between moving electric charges and magnetic fields created by Helmholtz coils are studied; in that sense, it was determined that electrons were emitted particle strand in question worked in the laboratory.
INTRODUCCIÓN La carga específica del electrón e/m, puede obtenerse a partir de las desviaciones que sufre un haz de electrones sometido a la acción de campos eléctricos y magnéticos producidos con un montaje experimental adecuado (dispositivo de Thomson). Históricamente, fue Joseph John Thomson quien primero determinó con éxito la razón entre la carga del electrón y su masa e/m. El experimento de Thomson tenía por objeto investigar la naturaleza corpuscular de los rayos catódicos. Su dispositivo, que esencialmente es el mismo que se utiliza hoy día en este tipo de experiencias, consta de un cañón de electrones (originalmente denominados rayos catódicos) en el que estas partículas emitidas por un metal calentado y, seguidamente, aceleradas entre las placas de un condensador mantenido a una alta diferencia de potencial pueden ser desviadas por campos eléctricos homogéneos creados entre las placas de otro condensador o por campos magnéticos homogéneos creados por bobinas por las que circula corriente, dispuestas según una geometría particular, denominada geometría Helmholtz. Los rayos
catódicos se obtenían en tubos en los que se había hecho un vacío elevado esto explica que no pudieran ser observados hasta que se desarrollaron eficientes bombas de alto vacío entre dos placas metálicas sometidas a alta tensión. El montaje experimental de Thomson, quien estaba convencido de que los rayos catódicos eran partículas cargadas, demostró que la relación e/m obtenida era independiente de los metales que formaban los electrodos dentro del tubo de vacío y de los gases enrarecidos que contenía dicho tubo. Dado el carácter universal de las partículas que formaban los rayos catódicos, se considera a Thomson como el descubridor del electrón. Mediante este experimento vamos a describir la interacción entre cargas eléctricas en movimiento y campos magnéticos creados por bobinas.
OBJETIVOS
1. Observar y describir la interacción entre cargas eléctricas en movimiento y campos magnéticos creados por bobinas.
2. Determinar qué clase de partícula emite un filamento al calentarse midiendo su relación carga – masa. 3. Demostrar el efecto de un campo eléctrico en un rayo de electrones. 4. Verificar el signo de la carga de los electrones.
MATERIALES Dispositivo para la medida de la razón q/me Fuente de 6,3 VCD o C.A. Fuente de 0-300 VCD. Fuente de 6-9 VCD; 2 A. Voltímetro 0-300 VCD. Amperímetro 0-2 A CD. Cables para conexión.
4. Con la corriente de 1A se midió el radio de la trayectoria circular del haz electrónico para potenciales de aceleración de 200, 220, 240, 260 y 280 V (Tabla 1). 5. Se repitió el procedimiento 1 y 2 para corrientes de 1,4A y 1,8A (Tabla 1). 6. Se calculó el campo magnético creado por las bobinas de Helmholtz para cada una de las corrientes utilizadas (Tabla 2). 7. Se encuentra la relación carga masa (C/Kg) para cada valor de campo magnético, radio y potencial. A continuación, se muestra el esquema general del experimento que se realizó:
PROCEDIMIENTO 1. Se encendió la fuente que calienta el filamento. 2. Se encendió la fuente para el potencial acelerador ajustando inicialmente un voltaje de 200V. 3. Se encendió la fuente para las bobinas de Helmholtz en un rango de voltaje entre 6V – 9V ajustándolo inicialmente a una corriente de 1A.
I magen 1. Esquema General Del Experimento
RESULTADOS Y ANÁLISIS
V(V)
I1 = 1.0A r(m)
I2= 1.4A r(m)
I3 = 1.8A r(m)
200
0.015
0.01
0.0275
220
0.0175
0.0175
0.03
240
0.02
0.0225
0.035
260
0.025
0.0275
0.0375
280
0.03
0.045
0.0375
Tabla 1. Valores del radio de la trayectoria circular del electrón en función del potencial de aceleración, para diferentes corrientes en las bobinas.
V(V)
B1 = 7.79x10-4 t r 2(m2)
q/m (C/Kg)
B2 =1.09x10-3t r 2(m2)
q/m (C/Kg)
B3=1.40x10-3t r 2(m2)
q/m (C/Kg)
200
7.79x10-3
2.92x1010
1x10-2
1.77x1010
7.65x10-3
9.037x109
220
6.67x10-3
3.23x1010
9.36x10-3
1.64x1010
7.01x10-3
9.948x109
240
5.84x10-3
3.81x10
7.36 x10-3
1.42x1010
6.01x10-3
1.084x1010
260
4.67x10-3
4.09x10
5.95 x10-3
1.94x1010
5.61x10-3
1.17 x1010
280
3.9x10-3
3.81x10
3.63 x10-3
2.09x1010
5.61 x10-3
1.26 x1010
Prom: 3.772x1010 Promedio Final
Prom: 1.772x1010
q/m (C/Kg) = 2.208x10 10
Tabla 2. Re istro de cálculos ara el cálculo de la relación car a-masa
Prom: 1.08 x1010
PREGUNTAS DE CONTROL 1. Con l os datos de la tabla 2 tr azar la cur va de r 2 en f unción del potencial V , para cada corr iente utilizada en l a bobina de H elmholtz y determi ne la pendi ente de cada una de las tr es cur vas.
CORRIENTE 1
0,01
0,009
y = -5E-05x + 0,0175 0,008
R² = 0,9961
) 2 0,007 m ( 2 0,006
r
0,005
0,004
0,003 200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
Potencial (V) Gr f i co 1. Curva de r 2 en función del potencial V en la Corriente 1
CORRIENTE 2
0,01
0,009
y = -8E-05x + 0,0266
0,008
R² = 0,9725
) m (
2 0,007
2 0,006
r
0,005
0,004
0,003 200
210
220
230
240
250
260
Potencial (V) Gr f i co 2. Curva de r 2 en función del potencial V en la Corriente 2
270
280
290
CORRIENTE 3 0,01
0,009
y = -3E-05x + 0,013
0,008
) m (
R² = 0,9011
2 0,007 2 0,006
r
0,005 0,004 0,003 200
210
220
230
240
250
260
270
280
Potencial (V) Gr f i co 2. Curva de r 2 en función del potencial V en la Corriente 3 2. Uti lizando l a pendiente de cada cur va y su r especti vo campo magné ti co B , determi ne el valor de q/m (en C/K g) para cada corriente uti lizada y determi ne un promedio entr e los tr es obteni dos.
q/m= 13,68 C/Kg
3. Busque en l a tabl a de relaciones q/m y deduzca que clase de partículas emi te el filamento al calentar se. ¿Es la partícul a que esperaba? La clase de partículas que emite el filamento al calentarse son electrones; esto es un resultado esperado ya que en el presente experimento nos encontramos trabajando con corriente, para ello entonces se deduce que emite electrones.
4. I nf luye el campo magné ti co terr estr e en el experi mento. Explique. El campo magnético terrestre para este caso se considera despreciable ya que el que se generó internamente en el laboratorio fue mucho más fuerte.
290
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFÍA
Se pudo corroborar que una partícula cargada se comporta de acuerdo con la regla de mano derecha que rige la ley de fuerza de Lorentz, pues lo que aconteció durante la práctica es acorde con la teoría pues efectivamente en presencia de un campo eléctrico el haz de electrones se comportaba de manera lineal, y en presencia de un campo magnético presentaba una tendencia circular. Con esto pudimos comprobar que la relación carga masa va aumentando a medida que vamos aumentando la corriente lo que quiere decir que la relación carga masa es directamente proporcional. Establecimos que el campo magnético de la tierra es algo despreciable ya que es muy bajo.
1)http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisic a/elecmagnet/campo_magnetico/mo mento/momento.htm 2)http://hyperphysics.phyastr.gsu.e du/hbasees/magnetic/helmholtz.htm 3)http://fiuadylab2.blogspot.com.co /2010/02/bobina-de-helmholtz.html 4)https://rsef.es/images/Problemas/ OEF2011/P-EXPERIMENTALOEF-2011.pdf
