Determinação da carga específica do electrão, e/m

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Rodrigo Valente Aragão
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1 Dtrinação da carga spcífica do lctrão, / Dpartanto d Física da FCTUC Coibra 003

2 Dtrinação da carga spcífica do lctrão, / 1. Objctivo i) studar o ovinto d partículas carrgadas (lctrõs) sob a acção d u capo agnético unifor função da intnsidad do capo da vlocidad das partículas ii) dir a carga spcífica do lctrão, i.., a razão ntr a carga do lctrão a sua assa. Srá, pois, ncssário: Grar u fix d lctrõs co ua vlocidad b dfinida; Produzir u capo agnético unifor na rgião qu os lctrõs s vão ovintar; Visualizar o prcurso dos lctrõs sob a acção do capo agnético.. Dispositivo xprintal O dispositivo xprintal consist: nu tubo d Lybold; duas bobinas circulars parallas (bobinas d Hlholtz), ntr as quais stá colocado o tubo d Lybold (figura 1), qu cria u capo agnético unifor no intrior do tubo; u splho colocado por trás do sista qu prit dir o diâtro da trajctória dos lctrõs; ua régua co stilt; font d tnsão contínua, variávl ntr 6 8 V; font d tnsão contínua, variávl ntr V; font d tnsão altrnada d 6,3 V; 1 aprítro 1 voltítro; cabos d ligação. splho bobinas Fig. 1 Tubo d Lybold bobinas d Hlholtz (Lybold od ). O tubo d Lybold é constituído por ua apola sférica qu conté hidrogénio a ua prssão uito baixa (10 - Hg). Colocado latralnt stá u canhão d lctrõs (vr Fig. ) qu prit obtr u fix d lctrõs suficintnt fino co ua vlocidad b dfinida. O canhão d lctrõs é coposto por u filanto nvolvido por u cilindro tálico (o cátodo) plo cilindro d Whnlt, por u ânodo d fora cónica por duas placas dflctoras qu não são utilizadas nst trabalho. Quando s faz passar ua corrnt

3 plo filanto, st fica incandscnt aquc indirctant o cátodo provocando a librtação, por fito troiónico, d lctrõs da suprfíci tálica. S s aplicar ua difrnça d potncial ntr o cátodo o ânodo, os lctrõs são aclrados no capo léctrico assi criado ntra na apola co ua vlocidad b dfinida. O cilindro d Whnlt controla a carga spacial d fora a produzir u fix d lctrõs b focado. Ua vz dntro da apola, os lctrõs fica sujitos à acção d u capo agnético, unifor prpndicular à trajctória dos lctrõs (criado Fig. - Canhão d lctrõs: 1, cátodo d aqucinto indircto; 3 cilindro d Whnlt; 4 ânodo; 5,6 placas dflctoras pla corrnt qu circula através das bobinas d Hlholtz), qu os obriga a dscrvr ua trajctória circular. Ao longo do su ovinto, alguns lctrõs sofr colisõs co as oléculas do io (oléculas d hidrogénio), dando orig a iõs xcitados qu rapidant s dsxcita itindo ua luz ténu azul clara, visívl nua sala obscurcida. Esta issão luinosa prit a vizualização da trajctória dos lctrõs. A dtrinação da razão / faz-s a partir da dição do raio da trajctória circular dscrita plo fix d lctrõs. 3. Toria 3.1 Movinto d cargas léctricas sob a acção d u capo agnético unifor: Ua carga léctrica q, aniada d ua crta vlocidad v, ao atravssar u capo agnético B, fica sujita a ua força F dada por F q v B B F Fig. 3 Força qu actua sobr u lctrão qu s ov co vlocidad v sob a acção d u capo agnético unifor, B, prpndicular ao plano da figura apontando para lá do plano. v actua prpndicularnt ao plano dfinido plos v B. Coo F é prpndicular a v, os lctrõs são obrigados a dscrvr ua trajctória circular d raio r, sob a acção d ua força cntrípta cuja grandza é v Fc r F c v B

4 Igualando as duas xprssõs antriors, v v v B r v B r ou v r B O raio da trajctória varia invrsant co a intnsidad do capo agnético é proporcional à vlocidad co qu os lctrõs sa do canhão lctrónico. A nrgia cinética adquirida plos lctrõs à saída do canhão lctrónico é igual ao trabalho ralizado plo capo léctrico, ou sja, 1 v V qu V é a difrnça d potncial stablcida ntr o ânodo o cátodo tálico aqucido. Substituindo v pla sua xprssão função d B r, v dond, 1 B r V, V B r 3. Intnsidad do capo agnético ntr as bobinas: A intnsidad do capo agnético no cntro da rgião situada ntr as bobinas d Hlholtz é calculada a partir da li d Biot Savart, v dada por B µ on I R R R + a 3 qu I é a intnsidad da corrnt qu prcorr as bobinas, R é o raio das bobinas, n é o núro d spiras d cada bobina, a é a distância das bobinas ao cntro da apola µ o 1, V s A -1-1 (no SI) é prabilidad do vazio. A Figura 4

5 Substituindo o valor d B na rlação antrior para /, v ou 3 R R + a V µ o n R I r V K I r qu K 3 R R + a µ o n R é ua constant qu só dpnd do io das caractrísticas do aparlho utilizado. O sista da Lybold utilizado t as sguints caractrísticas: - núro d spiras cada bobina, n 130; - raio das bobinas, R 15 c; - distância das bobinas ao cntro da apola, a 7,5 c. 4. Procdinto xprintal ATENÇÃO: NÃO LIGUE OS APARELHOS ANTES DO CIRCUITO TER SIDO VERIFICADO PELO PROFESSOR. 4.1 Montag do circuito: Establça as ligaçõs indicadas no squa. Ligu a tnsão d aqucinto do cátodo (ntr os trinais 1 ), a qual é forncida por ua font d tnsão altrnada d 6,3 V; Quando o cátodo stivr incandscnt ligu a tnsão do ânodo, forncida por ua font d tnsão contínua, variávl ntr V. S a sala stivr obscurcida vr-s-á o fix d lctrõs, provnints do cátodo, sguir ua dada trajctória ao longo do ixo do ânodo cónico. Vrifiqu s a trajctória é rctilína cont. Establça ua difrnça d potncial ntr 6 8 V aos trinais das bobinas. Obsrv o qu acontc ao fix d lctrõs cont. Ajust a tnsão aplicada ao cilindro d Whnlt d odo a tntar lhorar a dição do raio da trajctória dos lctrõs.

6 4. Estud a variação do raio da trajctória função da tnsão anódica, para u dado capo agnético aplicado; o raio d curvatura da trajctória dscrita plos lctrõs dv sr dido fazndo coincidir a iag do fix no splho (colocado vrticalnt por trás da apola) co o próprio fix co o stilt da régua colocada frnt da apola Estud a variação do raio da trajctória dos lctrõs co a intnsidad do capo agnético aplicado, para u dado valor da tnsão anódica; 4.4 Construa ua tabla co os valors da tnsão anódica, corrnt nas bobinas, raio da trajctória rspctivas incrtzas (fctu plo nos 10 diçõs d r, para difrnts valors d V I). Para cada par d valors (V,I) calcul o valor d / a incrtza na stiativa dsta rlação. 4.5 Calcul o valor édio d / utilizando a édia psada: 1 i ( /) i i 1 i ( /) i 1 1 i ( /) i 4.6 A stiativa para o lhor valor d / podria tabé sr obtido usando u étodo gráfico. Expliqu qu consist ss étodo obtnha u valor para a razão / para a rspctiva incrtza. 4.6 O valor indicado plo Handbook of Chistry and Physics (CRC Prss 60 th dition) para o valor d / é 1, (49) C kg -1. Cont a copatibilidad ntr o rsultado qu obtv st valor. 4.7 Indiqu os procssos físicos nvolvidos nsta xpriência. 5. Bibliografia 1. Física, Paul Tiplr, LTC - Livros Técnicos Cintíficos S.A., Rio d Janiro, Física, M. Alonso E. Finn, Addison-Wsly, Elntos d Física Atóica, E. Martinho, Lisboa, 1971.

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