Electromagnetismo e Óptica

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1 Elctromgntismo Óptic Lbortório 1 Expriênci d Thomson OBJECTIVOS Obsrvr o fito d forç d Lorntz. Mdir o cmpo d indução mgnétic produzido por bobins d Hlmholtz. Dtrminr xprimntlmnt o vlor d rlção crg/mss do lctrão. 1. INTRODUÇÃO Um prtícul crrgd qu s mov num cmpo mgnético fic sob cção d um forç (d Lorntz) dd por F = q v B, (1) m qu: q é crg d prtícul; v é su vlocidd; B é o cmpo mgnético xtrior. S v B form ortogonis, o módulo d forç é simplsmnt igul F = q v B. () Como dircção dst forç é smpr prpndiculr o vctor vlocidd, forç só vi ctur n dircção do movimnto d prtícul, não no módulo d su vlocidd. A prtícul vi ntão dscrvr um movimnto circulr uniform d rio R. A forç cntrípt rsponsávl por um movimnto dst tipo é dd por F m v = R c t ˆ. (3) Igulndo s xprssõs (1) (3), pod-s dtrminr rzão ntr crg mss d prtícul: q v =. (4) m R B Portnto, dsd qu s consig produzir prtículs crrgds qu s movm com um vlocidd v conhcid num cmpo mgnético B d vlor tmbém conhcido ( prpndiculr à su trjctóri) s consig mdir o rio R dss trjctóri, é possívl dtrminr rzão ntr crg mss dsss prtículs. 1

2 No cso d um fix d lctrõs, o vlor pr st quocint é d q m m 19 1,60.10 C 11 1 = 1,76.10 C kg 31 = 9, kg. (5) Do quipmnto usdo nst xpriênci fz prt um tubo d rios ctódicos (CRT) colocdo no mio d um conjunto d bobins d Hlmholtz (figur 1). O tubo contém um filmnto limntdo por um corrnt d A (AC) qu mit lctrõs por fito trmo iónico. Figur 1 Tubo d rios ctódicos (CRT) usdo nst xpriênci bobins d Hlmholtz. Qundo s stblc um difrnç d potncil V suficintmnt 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 dtrmind prtir d consrvção d nrgi: nrgi cinétic qu dquirm é igul à su nrgi potncil no cmpo léctrico stblcido ntr o ânodo o cátodo: m v V = V v =. (6) m O fix d lctrõs si do ânodo com vlocidd constnt dd pl xprssão ntrior ntr n zon do CRT ond xist o cmpo mgnético B. Est cmpo é crido pl corrnt léctric I qu pss ns bobins d Hlmholtz é prpndiculr à trjctóri do fix. Dst modo, os lctrõs vão dscrvr um rco d circunfrênci qu pod sr visulizdo num lvo cobrto por um mtril fosforscnt (figur ):

3 Figur Trjctóri do fix d lctrõs n prsnç d um cmpo mgnético B. A scl grdud pod sr utilizd pr mdir o rio d curvtur d trjctóri do fix (figur 3): Figur 3 Dtrminção do rio d curvtur d trjctóri dos lctrõs. O vlor d R é clculdo prtir d R L 6 =.10 (m m ), (7) 80 - L m qu L é distânci, m mm, do ponto F, vértic suprior (ou infrior) d plc, o ponto d chgd do fix à scl grdud. Como xmplos: s o fix pssr no ponto -3 F L = 0 R = 3,.10 m ; -3 s o fix pssr no mio d scl grdud L = 40mm R = 0.10 m. 3

4 A gomtri ds bobins d Hlmholtz (figur 4) ssgur qu o cmpo mgnético (m rigor, o cmpo d indução mgnétic) n zon xprimntl é bstnt uniform. Figur 4 Gomtri ds bobins d Hlmholtz (vist d topo). O vlor do cmpo mgnético no cntro dst conjunto d bobins m prticulr é ddo por -3 B = 4,17.10 I (Tsl) (8) m qu I é corrnt ns bobins (m Ampèr). O sntido do cmpo pod sr ltrdo s s invrtr o sntido d pssgm d corrnt ns bobins. Combinndo s xprssõs (4) (6) pod-s scrvr V V = = m R B R I 5 1,15.10 m qu R B são dtrmindos prtir d (7) (8), rspctivmnt., (9). EQUIPAMENTO O quipmnto disponívl pr st trblho é composto por: um mpol d Thomson; um conjunto d bobins d Hlmholtz; um font d lt tnsão rgulávl (0-6 kv), com unidd d limntção do filmnto (6,3 V); um font d corrnt rgulávl; um mprímtro; cbos d ligção. 4

5 3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1. Ligu o filmnto d mpol d Thomson à font (6,3 V AC).. Ligu síd d lt tnsão d font o cátodo o ânodo d mpol. 3. Ligu síd d font d corrnt às bobins d Hlmholtz 4. Ligu font d lt tnsão slccion tnsão V =1500 V. 5. Crrgu o utilitário Lbortório_Thomson.vi 6. Aumnt o vlor d corrnt ns bobins d modo provocr um dflxão no fix d lctrõs (figur ). Rpit st scção pr cd cálculo d /m. 7. Escolh um vlor d L suprior, (L é distânci, m mm, do ponto F, vértic suprior (ou infrior) d plc, o ponto d pssgm do fix pl scl grdud). 8. Ajust corrnt pr qu o fix pss plo ponto scolhido. Tom not do vlor d I, no utilitário no Rltório. Fç vrir pr novos vlors d V, vr tbl, fzndo novmnt o fix d lctrõs pssr no ponto scolhido. 9. Invrt o sntido d corrnt pr utilizr o msmo L, ms gor infrior. Dtrmin os novos vlors d I pr os msmos vlors d V. 10. Prnchid tbl pr um ddo vlor d L, clicr m Clculr Ddos. Obtém o vlor d R d /m. O utilitário mostr grficmnt o just d função I ( V ) o vlor d q / m obtido. Pod gurdr st imgm pr o Rltório clicndo m Gurdr Imgm Progrm