1º Laboratório Informação Geral

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1 EO 1º Laboratório Informação Geral REALIZA-SE NA SEMANA 5 DE 8 12 DE OUTUBRO DE OBJECTIVOS Neste 1º Laboratório, intitulado constantes fundamentais, pretende-se que os alunos tenham contacto (e façam medições) em 3 experiências clássicas da Física, que permitem obter valores para 3 constantes fundamentais: a constante de Planck h = 6.626*10-34 Js, a velocidade da luz no ar c = 3*10 8 m/s e a razão entre a carga e a massa do electrão: q/m = 1.76*10 11 C/Kg. As 3 experiências a realizar são designadas respectivamente por: Experiência de Planck ou Efeito Foto-eléctrico Velocidade da luz. Experiência de Thomsom ou Tubo de Raios Catódicos. Experiência de Planck ou Efeito Foto-eléctrico Baseia-se no efeito foto-eléctrico, medindo-se a energia adquirida pelo electrão arrancado em função da frequência (energia) incidente. O equipamento é bastante simples precisando apenas o aluno de saber ligar um multímetrodigital necessário para medir o potencial eléctrico à saída da célula. A lampada usada (mercúrio Hg) tem apenas 5 riscas (frequências) na região do visível (amarelo, verde, azul, violeta 1 e violeta 2) pelo que se obtêm 5 pares de valores (potencial, frequência). Na parte de tratamentode dados o aluno vai usar o programa ORIGIN, já conhecido, para representar gráficamente os 5 pontos no plano (V, f) e mostrar que existe uma relação aproximadamente linear fazendo o respectivo ajuste (regressão linear). Obtida a recta de ajuste, o seu declive permite tirar o valor da constante de Planck e a ordenada na origem permite calcular a frequência crítica e a energia mínima da célula fotoeléctrica usada, objectivos fundamentais do trabalho. Todos os pormenores de procedimento e cálculo estão no Protocolo do Trabalho. A folha de Relatorio para esta experiência é feita durante a aula e entregue no final juntamente com a das 2 outras experiências. (ver Relatório-tipo) Experiência da velocidade da luz O objectivo é determinar a velocidade de propagação da luz no ar, na água e num bloco de resina. Um sinal luminoso periódico no tempo é emitido por um fotodíodo. Subdividindo em dois, cada um dos raios percorre caminhos diferentes até voltarem novamente a encontrar-se agora com fases diferentes (percursos diferentes implica fases diferentes). Rever conhecimentos sobre fase das ondas. Medindo o percurso que corresponde a uma diferença de fase de 180º (distância entre fase e oposição de fase) 1

2 e sabendo de antemão qual a frequência do sinal emitido uma relação simples permite calcular a velocidade da luz nesse meio. (Rever conhecimentos sobre ondas) Distância = Velocidade *Tempo O equipamento tem, para além duma calha óptica com sistema de espelhos, um osciloscópio para poder observar e comparar os 2 sinais. A maneira mais exacta para medir a ddf é colocar o osciloscópio no modo XY. Um dos sinais vai para o eixo dos XX e o outro para o eixo dos YY. Como se sabe o resultado é uma figura de Lissajous. Para 2 sinais com a mesma frequêcia o resultado é uma elipse. Se os 2 sinais estiverem em fase ou oposição de fase a elipse degenera num segmento de recta o que torna a sua identificação fácil. Aproveita-se este trabalho para mostrar a importância do erro experimental e do erro propagado. Assim o aluno deve encontrar não um valor para a velocidade da luz mas sim um intervalo de confiança. No Protocolo do Trabalho o aluno encontrará a informação detalhada que precisa. A folha de Relatório para esta experiência é feita durante a aula e entregue no final juntamente com a das 2 outras experiências. Experiência de Thomson ou Ampôla de Raios Catódicos O trabalho baseia-se no desvio de um feixe de electrões por um campo magnético. Embora matéria específica (Electrocinética, Força Magnética) da disciplina de EO em Semanas posteriores à realização deste trabalho experimental a sua compreensão e metodologia são possíveis nesta 5ª Semana. Um filamento incandescente produz electrões que vão ser acelerados por um campo eléctrico criado por uma alta tensão (Kilovolts), força eléctrica horizontal. Criado o feixe horizontal vamos deflecti-lo usando um campo magnético criado por uma corrente eléctrica que percorre 2 bobines circulares. Conhecida a corrente calculamos o campo magnético B. Conhecido o campo B calculamos o raio de curvatura do feixe. Na expressão aparece a razão q/m entre a carga e a massa do electrão, objectivo do trabalho. Experimentalmente temos no Lab 2 tipos de ampolas: a antiga e a nova. Distinguem-se apenas pelo tipo de ecrã interior. Os alunos têm protocolos detalhados para cada uma das ampolas. O fundamental para o trabalho será relacionar 2 das 3 variáveis possíveis: tensão do feixe V, corrente das bobines I e raio de curvatura R. Na ampola antiga mantemos constante a tensão V e estudamos a relação I(R) que sabemos teóricamente ser hiperbólica I = constante / R onde a constante depende de q/m. Na ampola nova mantemos constante R e estudamos a relação V(I 2 ) que sabemos teóricamente ser linear V = constante * I 2 onde a constante depende de q/m. Depois do procedimento experimental o aluno vai entrar no programa ORIGIN, representar graficamente os dados colhidos e fazer o ajuste da curva teórica. Nos Protocolos do Trabalho o aluno encontrará a informação detalhada que precisa. A folha de Relatório para esta experiência é feita durante a aula e entregue no final juntamente com a das 2 outras experiências. (ver Relatório-tipo) Bom Trabalho 2

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