Laboratório de Física IV. Medida da Relação Carga-Massa do elétron

Transcrição

1 Laboratório de Física IV Medida da Reação Carga-Massa do eétron

2 Carga eétrica em átomos Eaborou experiências para o estudo dos raios catódicos. Mostrou que a corrente eétrica era constituída de partícuas de massa m e carga eétrica e. Joseph John Thomson ( )

3 Raios Catódicos Em 1838 Michae Faraday mostrou que quando se apica uma ata diferença de potencia em um tubo com ar rarefeito, um estranho arco de uz é gerado entre o cátodo e o ânodo. A origem destes raios catódicos, se são ondas ou partícuas, permaneceu obscura até o fina daquee sécuo. - +

4 Propriedades dos Raios Catódicos Uma possibiidade era que estes raios fossem ondas viajando em um hipotético meio chamado éter. Naquea época, muitos físicos acreditavam que o éter era necessário para a propagação das ondas de uz no espaço aparentemente vazio. Outra possibiidade era que os raios catódicos fossem constituídos de partícuas materiais. Porém, muitos físicos, incuindo J.J. Thomson, pensavam que as partícuas da matéria poderiam ser agum tipo de estrutura vindas do éter. Isto fazia estas interpretações não muito diferentes. Como partícuas: percorrem inhas retas produzem uma sombra quando obstruídas por um objeto podem passar por fohas finas sem perturbá-as. Como ondas: Deixam a superfície do cátodo em ânguos de 90 graus são defexionados por campos magnéticos - não eram defexionados por campos eétricos.

5 Primeiro Experimento de Thomson Neste experimento, Thomson testou a possibiidade de separar a carga eétrica dos raios catódicos. Através da apicação de um campo magnético aos raios catódicos mediu a carga eétrica através de um eetrômetro. raios catódicos campo magnético Ee não encontrou nenhuma forma de dissociar a carga eétrica dos raios catódicos.

6 Segundo Experimento de Thomson Caso os raios catódicos fossem compostos por cargas negativas ees deveriam sofrer defexão com a apicação de um campo eétrico. Esta observação não havia sido verificada por outros experimentadores. Thomson imaginou, então, a situação em que os raios estivessem envotos por um condutor. Neste caso, os raios não seriam defexionados. Isto poderia estar acontecendo se os próprios raios produzissem esta bindagem através da interação com o gás dentro da câmara. Construindo um tubo com ato vácuo (que he rendeu grandes dores de cabeça), ee finamente conseguiu observar a defexão dos raios catódicos e concuiu que estes deveriam mesmo ser compostos por cargas negativas.

7 Terceiro Experimento de Thomson A concusão do segundo experimento evou a outra pergunta. Se são cargas negativas, o que seriam afina? Moécuas, átomos ou ago ainda menor? O terceiro experimento foi projetado para verificar as propriedades básicas destas partícuas e responder (ao menos parciamente) a estas perguntas. Ee não tinha como medir a massa destas partícuas, mas conseguia medir quanto o feixe de partícuas se curvava com um campo magnético conhecido, aém da energia que eas carregavam. Com os dados deste experimento ee pôde cacuar a razão da massa das partícuas pea sua carga eétrica, utiizando diversos tubos e diversos gases. A concusão era espantosa. A reação carga-massa era mihares de vezes maior que a do hidrogênio carregado. Isto indicava uma carga eétrica extremamente ata ou uma massa muito pequena.

8 Determinação da razão carga-massa A aceeração ao qua está submetida a partícua é portanto Logo temos que ou

9 Determinação da razão carga-massa Mas a energia de um eétron aceerado por uma diferença de potencia V é dada por E por conservação de energia, temos então que Logo

10 O Campo Magnético Pode ser produzido por uma Bobina de Hemhotz O campo magnético na região entre as bobinas é praticamente uniforme e dado por

11 Determinação da razão carga-massa Considerando A = R obtemos que Substituindo v e B na reação Obtemos então

12 Experimento

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14 Procedimentos 1. Cubra o tubo do equipamento com a capa escura afim de faciitar a visuaização e as medidas a serem efetuadas. 2. Certifique-se que o interruptor fronta está na posição adequada para a medida da reação carga-massa do eétron (e/m experiment). Certifique-se também que o seetor de ajuste da corrente nas bobinas de Hemhotz está totamente girado para a esquerda, boqueando assim a passagem de corrente. 3. Conecte o termina de aimentação do fiamento na fonte de ata tensão e use a saída de tensão aternada ajuste o vaor para aproximadamente 6 Vots. Observe que a tensão no fiamento não pode exceder 6 Vots. 4. Conecte a fonte de ata tensão ao eetrodo de aceeração de eétrons. Ajuste a tensão para um vaor compreendido entre 150 e 300 Vots, respeitando este imite superior. Neste ponto, você deve ser capaz de observar o feixe de eétrons produzido.

15 Procedimentos 5. Conecte os terminais da bobina de Hemhotz, à fonte de aimentação de baixa tensão, interpondo o mutímetro para medir a corrente fornecida. Ajuste entamente o vaor da corrente, monitorando-a através do mutímetro. Para fazer o ajuste, é necessário usar os seetores que iberam a passagem de corrente e tensão. Este procedimento deve ser feito com atenção iberando simutaneamente a passagem de corrente e tensão. Observe que a tensão fornecida não pode exceder 9 V e a corrente não pode exceder 2A. 6. Ajuste a posição de saída do feixe de eétrons a fim de obter o mehor círcuo possíve. Este procedimento é reaizado girando o soquete da base do tubo de eétrons cuidadosamente. 7. Ajustar os vaores das tensões e corrente fornecidas, para obter um vaor do raio da trajetória do eétron de modo que a régua espehada esteja posicionada no centro do círcuo que representa a trajetória dos eétrons. 8. Efetuar no mínimo 5 medidas das tensões e corrente, observando que o raio deve ser aproximadamente constante. 9. Estimar o vaor da reação e/m e o erro associado. Use o vaor de referência e/m = 1, ± 0, ) 10 8 Couomb/g.

16 Tarefa Efetuar ao menos 5 medidas de corrente e tensão para obter o vaor de e/m. Comparar com o vaor de referência: