Leis da elétrica. Tubo de Thomson. Tubo de feixe de elétrons ESTUDO DO DESVIO DE ELÉTRONS EM CAMPOS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS FUNDAMENTOS GERAIS

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Luzia Monteiro Gabeira
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1 Lis da létrica Tubo d fix d létrons Tubo d Thoson ESTUDO DO DESVIO DE ELÉTRONS EM CAMPOS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS Psquisa do dsvio d u fix d létrons nu capo agnético Psquisa do dsvio d u fix d létrons nu capo létrico Montag d u filtro d vlocidad a partir d capos létricos agnéticos cruzados Estiação da carga spcífica do létron UE /06 UK FUNDAMENTOS GERAIS No tubo d Thoson, os létrons passa por u diafraga d fnda dirção horizontal por trás do ânodo ncontra-s nua tla posicionada obliquant ao prcurso do fix, sobr a qual o prcurso do fix torna-s visívl Atrás do diafraga fnda ncontra-s u condnsador d placa, no capo létrico vrtical do so os létrons são dsviados vrticalnt Adicionalnt, pod-s criar co bobinas d Hlholtz u capo agnético horizontal prpndicular à dirção do fix, no qual os létrons são dsviados tabé vrticalnt: A força d Lorntz ag sobr u létron qu s ov co a vlocidad v através d u capo agnético B F v B (1) : carga lntar prpndicularnt à dirção do ovinto do plano criado plo capo agnético O dsvio ocorr dirção vrtical quando tanto a dirção do ovinto coo tabé o capo agnético s ncontra no plano horizontal (vja fig 1) S dirção do ovinto é prpndicular ao capo agnético hoogêno, ntão os létrons são forçados a sguir uns prcurso circular cuja força cntrípta é dada pla força d Lorntz v v B () r : assa do létron; r: raio do prcurso circular A vlocidad dos létrons dpnd da tnsão anódica É válido: Fig 1: rprsntação squática do tubo d Thoson Dsvio no capo létrico (acia), abaixo, no capo agnético v (3) Assi pod-s dtrinar a carga spcífica do létron a partir do rádio da órbita quando o capo agnético hoogêno B a tnsão anódica são conhcidos D () (3) dcorr a carga spcífica do létron: UA (4) ( B r) O rádio d curvatura r pod sr dtrinado a partir do ponto d saída do létron dsviado na tla O capo agnético B da bobina d Hlholtz rsulta da corrnt d bobina I H (vja anális) 1 / 5

2 S é produzida ua tnsão U P no condnsador d placa, ntão os létrons são tabé dsviados vrticalnt no su capo létrico vrtical E co a força F E (5) : carga lntar (vja fig 1 acia) O capo létrico, portanto, pod sr scolhido para qu apnas copns o dsvio no capo agnético: E + v B 0 (6) Nst caso é fácil dtrinar a vlocidad dos létrons É válido: E v () B Ua ordnação d capos létricos agnéticos cruzados na qual o dsvio dos létrons é rduzido a zro por copnsação é chaada d filtro d vlocidad A dpndência da vlocidad v da tnsão d aclração rsulta da coparação ntr a nrgia potncial a nrgia cinética É válido UA v ou tabé v UA (8) LISTA DE APARELHOS 1 tubo d Thoson TELTRON U suport para tubo TELTRON U par d bobinas d Hlholtz TELTRON U Aparlho d alta tnsão, 6 kv U Aparlho d alintação, 16 V, 5 A, por x U conjunto d 15 cabos d sgurança para xpriências U1380 Adicionalnt rcondado para a produção do capo létrico: 1 aparlho d alintação na rd DC, V, 5 A, por x U10501 INDICAÇÕES DE SEGURANÇA Tubos catódicos incandscnts são apolas d vidro d pards finas vacuadas Manusar co cuidado, há prigo d iplosão! Não subtr o tubo d Thoson a qualqur sforço cânico No tubo d Thoson é produzida ua tnsão qu pod sr prigosa ao contato: Utilizar spr cabos d sgurança para xpriências Só ftu conxõs co o aparlho d alintação létrica dsligado Só dsontar ou ontar os tubos d Thoson co o aparlho d alintação létrica dsligado MONTAGEM Montag do par d bobinas d Hlholtz do tubo d Thoson no suport para tubo: Colocar abas bobinas d Hlholtz no io do ncaix para bobinas co as conxõs viradas para fora purrar totalnt para fora Insrir o tubo d Thoson no suport para tubos Ao fazê-lo, prstar atnção para qu os pinos d contato stja copltant ncaixados nos orifícios d contato da toada prvistos para tal O pino do io dv sobrssair lvnt do suport Epurrar abas bobinas d Hlholtz para dntro até a arca A distância do io ntr abas bobinas d Hlholtz é ntão d 68 Conxão da tnsão d aqucinto da tnsão d aclração: Dixar o aparlho d alta tnsão dsligado lvar o botão d ajust da tnsão até l travar à squrda Ligar os conctors F3 F4 do suport para tubos co a saída d tnsão d aqucinto (conctor azul) do aparlho d alta tnsão por io d cabos d sgurança para xpriências (vja tabé a fig 1) Ligar o conctor C5 do suport para tubos co pólo ngativo (conctor prto) do aparlho d alta tnsão por io d cabos d sgurança para xpriências (os conctors C5 F4 stão conctados ntr si por dntro do tubo) Ligar o conctor A1 do suport para tubos co pólo positivo (conctor vrlho) do aparlho d alta tnsão co o conctor trra vrd-aarlo Conxão das bobinas d Hlholtz: Dixar o aparlho d alintação na rd DC dsligado lvar o rgulador d tnsão totalnt para a squrda até travar Conctar o conctor A da priira bobina co o pólo ngativo, o conctor Z co o pólo positivo do aparlho d alintação rd DC d 16 V Conctar a sgunda bobina parallo co a priira, para tal, conctar as toadas qu s ncontra frnt a frnt Conxão da tnsão d dsvio: Caso haja u aparlho d alintação na rd DC para 450 V a disposição: Dixar o aparlho d alintação na rd DC dsligado lvar o rgulador d tnsão totalnt para a squrda até travar Conctar o conctor Z do suport d tubo co o pólo ngativo do aparlho d alintação rd DC Conctar o pólo positivo do aparlho DC co o conctor vrd-aarlo d trra do aparlho d alta tnsão / 5

3 Obsrvação: Caso os dsvios nos capos létrico ou agnético ocorra dirçõs contrárias, ntão dv-s invrtr as conxõs cada aparlho d alintação DC Fig : ontag xprintal para a psquisa do dsvio capos létricos agnéticos EXECUÇÃO Ligar o aparlho d alintação d alta-tnsão O filanto fica idiatant vrlho incandscnt Ajustar a tnsão d aclração,0kv obsrvar o prcurso "horizontal" do fix d létrons na tla luinscnt Ligar o aparlho d alintação rd DC 16 V Elvar lntant a corrnt qu atravssa o par d bobinas d Hlholtz I H, até qu o fix d létrons na bira da tla luinscnt pass plo io da scala (vja fig 3) Ligar o aparlho d alintação rd DC V (caso prsnt) slcionar ua tnsão U P na placa d dsvio d odo qu o dsvio do fix sja copnsado a zro Anotar a força d corrnt I H caso ncssário a tnsão U P Baixar a tnsão U P novant a zro U P Rptir a dição para 3,0 4,0 kv Caso s disponha d u aparlho d alintação rd DC V: Ajustar tnsão anódica 3 kv Slcionar I H 0, ajustar a tnsão d placa U P, d odo qu o dsvio do fix d létrons sja copnsado a zro Anotar a força d corrnt I H a tnsão U P Rptir a opração para I H 0,4 A, 0,6 A 0,8 A EXEMPLOS DE MEDIÇÃO Tab 1: (ais ncssário para o dsvio agnético plo io da scala na arsta) corrnt do par d bobinas d Hlholtz I H (copnsar o dsvio a zro) placa d tnsão U P função da tnsão anódica / kv H I/ A U P / V,0 0, ,0 0, ,0 0,4 40 Tab : corrnt d bobina d Hlholtz I H tnsão d placa copnsadora U P co tnsão anódica fixa 3,0 kv N I H / A U P / V 1 0, 100 0, , ,8 440 Fig 3: dsvio do fix d létrons plo io da scala à bira da tla luinscnt 3 / 5

4 Obsrvação: a tnsão d placa U P é produzida co o aparlho d alintação rd DC V adicional rcondado ANÁLISE a) O capo agnético B nu par d bobinas d Hlholtz é proporcional à corrnt I H através d ua única bobina O fator d proporcionalidad k pod sr calculado a partir do raio da bobina R 68 do núro d spiras N 30 para cada bobina: 3 B k I H co 4 Vs 4 10 N k π 4, 5 A R T A b) O raio d curvatura r do fix d létrons dsviado é dtrinado na fig 4 a partir do ponto d saída B A quação (4) pod sr assi transforada : UA 0, 1 B c) O capo létrico no condnsador d placa pod sr calculado a partir da tnsão U P da distância d 8 : UP E d d) Para a stiativa da carga spcífica do létron calcula-s o capo agnético B a partir dos valors dados na tab 1para a corrnt I H rcb os valors indicados na tab 3 A fig 5 ostra ua rprsntação gráfica da rlação ntr a tnsão anódica o quadrado do capo agnético B para os valors da tab 3 A inclinação das rtas originais dsnhadas é d kv 1, B T A partir disto calcula-s UA 1, 10 0, 1 B 11 As (Valor tórico: 16, As ) Tab 3: a partir dos valors d dição I H calculados da tab1, valors didos B B função da tnsão anódica Fig 4: rprsntação do cálculo do raio d curvatura r do prcurso dos létrons a partir da distância f ntr o ponto d saída B o ponto angular A / kv B / T B / T,0 1,11 1,4 3,0 1,30 1,0 4,0 1,55,41 Sgundo Pitágoras: ( r a) c + r r a a r c + b c + + c + a d k + f co k 80 a 1 1 g ( k f ) Assi, c + a r a k + f ( k f ) S o ponto B s ncontra no io da scala, ntão f 40 Nst caso calcula-s: r 1 1 r 0, 1 Fig 5: rprsntação gráfica da rlação ntr B co rádio d curvatura constant r 1 4 / 5

5 ) Para a confiração da quação () calcula-s dos valors d dição da tab os pars d valors B E, nos quais o dsvio do fix d létrons é copnsado a zro (vja tab 4) rprsnta o rsultado d u diagraa E-B (vja fig 6) D acordo co a quação () os valors d dição s ncontra sobr ua das rtas originais, dntro da faixa d prcisão A sua inclinação corrspond à vlocidad dos létrons Obté-s: v 3, 10 (co 3,0 kv) s 4,0 1,55 58,8 3, 9 10, 4 10 Tab 4: Capo agnético B capo létrico copnsador E co a tnsão anódica 3,0 kv N B / T E / V/ 1 0,4 1,5 0,84 8,1 3 1,6 41,3 4 1,68 55,0 Fig : rprsntação gráfica da rlação ntr v A fig ostra a rlação ntr o quadrado da vlocidad a tnsão anódica A partir da inclinação das rtas originais inscritas pod-s, confor a quação (8), calcular tabé a carga spcífica do létron UA 11 As Obté-s: 18, 10 v 11 As (Valor tórico: 16, 10 ) Fig 6: tab 4 rprsntação gráfica dos valors d dição da f) Co a ajuda dos valors d dição da tab 1 pod sr dtrinada a vlocidad v dos létrons para dfrnts tnsõs anódicas Insrir o rsultado na tab 5 Tab 5: a partir dos valors d dição I H U P da tab1 os valors calculados B E, assi coo a vlocidad v daí calculada o su quadrado função da tnsão anódica / kv B / T E / V/ v / /s v / (/s),0 1,11 30,0, ,0 1,30 41,3 3, 18 10, , B Scintific GbH, Rudorffwg 8, 1031 Haburgo, Alanha, www3bscintificco

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