Protocolo Experiência de Thomson (antiga)

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1 EO Protocolo Expriênci d Thoson (ntig) OBJECTIVOS Obsrvr o fito d forç d Lorntz. Mdir o cpo d indução gnétic produzido por bobins d Hlholtz. Dtrinr xprintlnt o vlor d rlção crg/ss do lctrão. 1. INTRODUÇÃO U prtícul crrgd qu s ov nu cpo gnético fic sob cção d u forç (d Lorntz) dd por r r r F = q v B, (1) qu: q é crg d prtícul; v r é su vlocidd; B r é o cpo gnético xtrior. r S v B r for ortogonis, o ódulo d forç é siplsnt igul F = q v B. () Coo dircção dst forç é spr prpndiculr o vctor vlocidd, forç só vi ctur n dircção do ovinto d prtícul, não no ódulo d su vlocidd. A prtícul vi ntão dscrvr u ovinto circulr unifor d rio R. A forç cntrípt rsponsávl por u ovinto dst tipo é dd por r F v = R c t ˆ. (3) Igulndo s xprssõs (1) (3), pod-s dtrinr rzão ntr crg ss d prtícul: q v =. (4) R B Portnto, dsd qu s consig produzir prtículs crrgds qu s ov co u vlocidd v conhcid nu cpo gnético B d vlor tbé conhcido ( prpndiculr à su trjctóri) s consig dir o rio R dss trjctóri, é possívl dtrinr rzão ntr crg ss dsss prtículs. 1

2 No cso d u fix d lctrõs, o vlor pr st quocint é d q = 1, C Kg 1. (5) Do quipnto usdo nst xpriênci fz prt u tubo d rios ctódicos (CRT) colocdo no io d u conjunto d bobins d Hlholtz (figur 1). O tubo conté u filnto lintdo por u corrnt d A (AC) qu it lctrõs por fito troiónico. Figur 1 Tubo d rios ctódicos (CRT) usdo nst xpriênci bobins d Hlholtz. Qundo s stblc u difrnç d potncil V suficintnt lvd ntr o ânodo o cátodo do CRT, os lctrõs são clrdos. A su vlocidd à síd do ânodo é função dss difrnç d potncil pod sr dtrind prtir d consrvção d nrgi: nrgi cinétic qu dquir é igul à su nrgi potncil no cpo léctrico stblcido ntr o ânodo o cátodo: v V V v = =. (6) O fix d lctrõs si do ânodo co vlocidd constnt dd pl xprssão ntrior ntr n zon do CRT ond xist o cpo gnético B. Est cpo é crido pl corrnt léctric I qu pss ns bobins d Hlholtz é prpndiculr à trjctóri do fix. Dst odo, os lctrõs vão dscrvr u rco d circunfrênci qu pod sr visulizdo nu lvo cobrto por u tril fosforscnt (figur ):

3 Figur Trjctóri do fix d lctrõs n prsnç d u cpo gnético B r. A scl grdud ( c) pod sr utilizd pr dir o rio d curvtur d trjctóri do fix (figur 3): Figur 3 Dtrinção do rio d curvtur d trjctóri dos lctrõs. Aditindo qu os lctrõs ntr n rgião ond stá o cpo gnético no ponto d coordnds ( 0, 0 s no ponto b = x,, pod-s vr pl figur qu = ) ( ) b y b OE = R - y EB = x. Assi, pr o triângulo rctângulo OEB t-s x R = x + ( R y) R = +. (7) y y 3

4 A gotri ds bobins d Hlholtz (figur 4) ssgur qu o cpo gnético ( rigor, o cpo d indução gnétic) n zon xprintl é bstnt unifor. Figur 4 Gotri ds bobins d Hlholtz (vist d topo). O vlor do cpo gnético no cntro dst conjunto d bobins prticulr é ddo por 3 B = 4,31.10 I (Tsl) (8) qu I é corrnt ns bobins. O sntido do cpo pod sr invrtido s s invrtr o sntido d pssg d corrnt ns bobins. Cobinndo s xprssõs (4) (6) pod-s scrvr V V = = 1.117*10 R B R I 5 qu R B são dtrindos prtir d (7) (8), rspctivnt., (9). EQUIPAMENTO O quipnto disponívl pr st trblho é coposto por (figur 5): u pol d Thoson; u conjunto d bobins d Hlholtz; u font d lt tnsão rgulávl (0-6 kv), co unidd d lintção do filnto (6,3 V); u font d corrnt rgulávl; cbos d ligção. 4

5 Figur 5 Montg xprintl 3. Procdinto xprintl Coo rprou, xprssão (9) qu prit clculr rzão constnt /, objctivo dst trblho lbortoril, dpnd d três vriávis: V tnsão d clrção. R o rio d curvtur do fix. I corrnt ncssári pr o produzir. Nst trblho vos fixr u dls, tnsão V, fzr vrir s outrs dus, co I função d R. 1. Vrifiqu ligção do filnto d pol d Thopson (6.3VAC).. Vrifiqu ligção d font d lt tnsão o cátodo o ânodo d pol. 3. Vrifiqu ligção d font d corrnt às bobons d Hloholtz. 4. Ligu font d lt tnsão slccion u tnsão V ntr V. To not dss vlor. Dv sr visívl o fix horizontl d lctrõs. 5. Ligu font d corrnt o prítro. Vrifiqu qu fzndo vrir o vlor d corrnt ns bobins obté difrnts dflxõs no fix (rios d curvtur). Fç pssr o fix por cd u dos pontos d tbl prsntd n folh d Ddos Exprintis to not d corrnt I rspctiv (prnchr tbl). NOTA: Podos obtr dflxão no sntido contrário, ordnds positivs ngtivs, trocndo os fios n font d corrnt. 5

6 4. Cálculos Pr rlizr os cálculos justs ncssários sugr-s utilizção do progr ORIGIN já conhcido dos lunos. 1. Abr o ORIGIN cri is dus coluns (ADD NEW COLLUMNS).. Prnch s coluns 1, 3 co os vlors d x, y I, rspctivnt, colhidos no procdinto xprintl. 3. N colun 4 vos clculr o vlor do rio R d curvtur usndo fórul (7): x y x R = + = + 1 [us SET COLLUMN VALUES]. y 4 NOTA:Dv ultiplicr o vlor ntrior por 0.01 pr convrtr c. 4. Fç PLOT d função I(R). Escolh colun 3 pr ordnds colun 4 pr bcisss. 5. Prcisos gor d justr os pontos obtidos u odlo tórico. Rpr qu xprssão (9) pod sr rscrit n for: I = 5 V *10. R Isto indic-nos qu função tóric d just dvrá sr: I A R = sndo A constnt justr. Procur non-linr Curv fit scolh função powr llotric1. Trt-s do odlo: y = *x^b. Obrigu b sr -1. Fç Action Fit. Ns rstriçõs fix b co xpont -1 fç o Fit. A constnt A obtid prit clculr /: V A = 1.117* *10 = 5 5 V A 6. Esti prcisão do vlor obtido. 6