Instituto de Física - USP FGE03 - Laboratório de Física III - LabFlex Aula 7 - (Ex.3) - Filtro de Wien Modelando o TRC Medindo o camo magnético local Manfredo H. Tabniks Alexandre Suaide setembro 007 M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
Filtro de Wien: Metodologia roosta Resumo do exerimento Aula. - Enteder o camo elétrico. Medir o camo elétrico gerado e comarar com reisões teóricas. Quão róximo está o exerimento de uma situação de camo ideal (uniforme) Aula. - Entender a geração das artículas (elétrons) e como elas se moimentam no camo elétrico estudado na aula anterior. Aula.3 - Modelo do tubo de raios Catódicos. Medida do camo magnético local Aula.4 - Moimento dos elétrons no camo magnético gerado. Aula.5 - Ligando o camo elétrico e magnético. Estudar o moimento das artículas no camo EM. Determinar comortamentos gerais do filtro de Wien Aulas.6 e.7 - Estudar em detalhes ários asectos e alicações do filtro de Wien. Comarar com simulações e identificar limitações. M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
O tubo de raios Catódicos. M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
Moimento num TRC MRU m q h e - E r Trajetória cura ~cte l Região com camo elétrico ariáel L M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
Moimento num TRC MRU m q h e - E r ef Trajetória cura ~cte l ef Região com camo elétrico efetio constante L M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
Modelo do TRC MU em : t e - Entre as las, MU(?) em ( 0 0; 0 0): a t a F m r E + d F q. E q. d 0 M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
t a t F q. E q. d e - ( t,, ) 0 q. a. t. m. d l q. m. d l M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
q. m. d l q. a. t. m. d l Calculando O elétron (-) é elerado or uma diferença de otencial 0 Conseração de energia: E + E c cte Introduindo q e e. m. d ml e E c E 0 0 e m + E ( ) e. Ec m a. t e. m. d l m e M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
Moimento num TRC MRU m q h e - d ef e. m. d ml e a. t e. m. d l m e l ef Região com camo elétrico efetio constante L M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
Da la à tela temos moimento uniforme a. t e. ml m. d e e m e. m. d l m e h t +.t, L m, L e e - ( t,, ) 0 L h h e md ml e + e md l m e. L m e h l l + L d Função de l e d M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
Moimento num TRC MRU m q h e - d ef h l l + L d l ef Região com camo elétrico efetio constante L M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
Imulso h a. t e m e. m. d l l l + L d m e r I r r F( t). dt P e - ( t,, ) 0 P m L P m P P P P M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
Calculando o imulso umulado ara determinar l ef I t F ( t) dt eedt 0 t 0 l 0 ee d Usar o camo simulado I ( ) L 0 ee ( ) d d ef é conseqüência da determinação de l ef. E (u.a.) 8 6 4 0 8 6 4 Imulso umulado (u.a.) 60 50 40 30 0 95% imulso máximo l ef 0 0 4 6 8 0 x (u.a.) 0 0 5% imulso máximo 0 4 6 8 0 (u.a.) M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
Atiidades teóricas Faer os ajustes necessários ara os gráficos de h s P e h s AC. erificar comatibilidade entre as constantes ajustadas Da simulação do camo, faer o gráfico de imulso umulado em função do comrimento. Determinar o comrimento efetio das las (l ef ) Dica: use o Excel e faça a integral como a soma de equenos retângulos Determinar a distância efetia (d ef ) entre as las a artir dos resultados ima. Comarar o comrimento e distância com os alores geométricos do TRC M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
Notamos que o B local interfere na medida... Podemos usar um TRC ara medir o camo local? B Local M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
O que é camo local? O camo magnético local deende de muitos fatores Cosmológicos Geológicos Locais Canos, fontes de corrente, metais, etc., etc., etc. M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
Como medir camos magnéticos? Muitas técnicas Bússola somente direção do camo Bobinas sondas Camos com fluxo ariáel Medidor or efeito Hall camos estáticos diersos TRC Moimento de elétrons no camo M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
O efeito Hall Quando uma corrente em um condutor é inserida em um camo magnético uma força atua sobre os ortadores de carga modificando a sua distribuição dentro do condutor. M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
O efeito Hall Esta mudança de distribuição de cargas no condutor cria uma diferença de otencial entre as suerfícies do mesmo - - - - + +++ M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
O efeito Hall A medida desta diferença de otencial é roorcional ao camo magnético - - - - + +++ M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
O Sensor Hall do laboratório rio Didático DataStudio Ponta de roa Dois sensores erendiculares Selecionados or chae Note que o sensor mede a comonente transersal do camo magnético. Escolha o sensor de ordo com a medida que se quer efetuar Possibilidade de selecionar sensibilidade Similar a escala do oltímetro Botão de calibração (Tare) M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
O Sensor Hall do laboratório rio Didático Selecione o sensor a ser utiliado Calibre o sensor Ambiente com camo 0 Como? Câmara de referência Posicione o sensor na região a ser medida e use o DataStudio M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
Usando um TRC ara medir o camo local:? Força magnética r r r F q B Se e B forem aralelos, a força é nula e o feixe não sofre desio Se forem erendiculares, o desio é máximo B M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
Usando um TRC ara medir o camo local: Força magnética Magnitude do camo em função de h e D. Fácil de obter Moimento uniforme na direção de 0 e Moimento uniformemente ariado na direção de B. alores baixos de geram h maior. B m q h D D B 0 h M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
Usando um TRC ara medir o camo local: Mas o camo magnético é um etor no esaço Precisamos medir as três comonentes Como? Sistema de referência Laboratório Comonentes do camo em cada direção Problema geométrico M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)
Atiidades exerimentais Obter o ETOR camo magnético local ara a sua bancada no sistema de coordenadas definido na sala (Usando um TRC e Sensor Hall) etor significa B x, B e B. Anotar o número da bancada no PDF Descreer em um arágrafo o rocedimento adotado. Comarar os alores medidos e o alor de referência do camo magnético local. Algumas coisas ara ensar... Como medir as coordenadas (direção de B)? Como relionar o sistema de coordenadas locais (or exemlo, osição na bancada) com o global da sala Alinhamentos, etc. Incerteas das medidas efetuadas. Pense em como medir ara reduir a incertea. M.H. Tabniks & A. Suaide - LabFlex - IFUSP (007)