Experiencia e/m
La siguiente figura muestra un dispositivo compuesto por un tubo de rayo electrónico filiforme junto a las bobinas de Helmholtz, ambos alimentados por una fuente de tensión, que posibilita la determinación experimental de la carga específica del electrón e/m.
Funcionamiento:
El tubo de rayo
filiforme contiene moléculas de hidrógeno a baja presión. Al aplicarse una
diferencia de tensión entre el ánodo y cátodo, éste último emite electrones
dentro del tubo, en dirección vertical. La velocidad de salida de los electrones
dependerá de la diferencia de tensión aplicada según la siguiente relación:
Con
v: velocidad de salida
e: carga del electrón
m: masa del electrón
∆V: diferencia de tensión aplicada
Las bobinas de Helmholtz producen un campo magnético, perpendicular a la dirección de movimiento de los electrones, desviándolos de su trayectoria inicial. Esta desviación tiene su origen en la fuerza magnética que el campo magnético ejerce sobre los electrones, la cual puede ser expresada de la siguiente forma:
Donde:
Fm: fuerza
magnética
B: campo magnético
Además los electrones emitidos por el cátodo chocan con los átomos de hidrógenos excitándolos. Estos, al desexcitarse, emiten la energía absorbida en el choque en forma de luz visible. Esta luminosidad azulada permite observar indirectamente la trayectoria de los electrones. La trayectoria resultante resulta ser circular o helicoidal ya que la fuerza magnética se comporta como una fuerza de tipo centrípeta.
El campo magnético B es generado por un par de bobinas de Helmholtz y su intensidad es proporcional a la corriente I en las bobinas de Helmholtz: B = k × I, donde k es una constante dependiente de la geometría y el medio material existente.
La diferencia de potencial y la corriente que necesita el dispositivo para funcionar son provistas por una fuente y las mismas son regulables entre un valor mínimo y uno máximo dispuesto por el equipo.
Haga clic en las siguientes imágenes para poder visualizarlas con mayor calidad.
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Si además de campo magnético generado por las bobinas, le sumamos al sistema, un nuevo campo magnético producido por un imán podemos notar como la trayectoria de los electrones se modifica describiendo una hélice, como se muestra a continuación.
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Una vez visto el vídeo trate de responder lo siguiente:
Hay dos formas posibles de variar el radio de la trayectoria descripta por los electrones ¿Cuáles son?
Para que se produzca la trayectoria helicoidal, ¿cómo debe ser el campo que produce el imán?
Encuentre una expresión del cociente e/m en función de las magnitudes que usted podría medir directamente en esta experiencia.