Medida de la relación carga/masa

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Electromagnetismo
Breve historia del
concepto de campo
El campo eléctrico
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Movimiento de partículas
cargadas en un campo
electromagnético
marca.gif (847 bytes)Medida de la relación
  carga/masa
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Cinemática
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Movimiento rectilíneo
y uniforme
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Movimiento bajo la
aceleración constante
de la gravedad
Medida de la velocidad del haz de electrones

Medida de la relación carga/masa

java.gif (886 bytes) Actividades

 

Introducción

En este programa se ha tratado de reproducir las características esenciales del experimento real llevado a cabo por Thomson a finales del siglo XIX. El experimento tenía por objeto describir la naturaleza corpuscular de los denominados rayos catódicos.

El experimento consta de dos fases

  1. La determinación de la velocidad del haz de electrones mediante un campo eléctrico y otro magnético perpendiculares entre sí y a la dirección del haz. Se ajusta la magnitud de los campos hasta hacer que el haz no se desvíe.
  1. Una vez conocida la velocidad de los electrones, se procede a la determinación de la relación carga/masa, midiendo la desviación del haz bajo la acción del campo eléctrico existente entre las placas del condensador.

 

Medida de la velocidad del haz de electrones

El selector de velocidades es una región en la que existen un campo eléctrico y un campo magnético perpendiculares entre sí y a la dirección de la velocidad de los electrones. En esta región, los electrones de una determinada velocidad no se desvían.

El campo eléctrico ejerce una fuerza en la dirección del campo pero en sentido contrario ya que la carga es negativa. El módulo de la fuerza es

El campo magnético ejerce una fuerza cuya dirección y sentido vienen dados por el producto vectorial cuyo módulo es. De nuevo, por ser negativa la carga, el sentido de la fuerza es contrario al del producto vectorial

THOM_1.gif (1643 bytes)

Los electrones no se desvían si ambas fuerzas son iguales y de sentido contrario.

Por tanto, atravesarán el selector de velocidades sin desviarse aquellos electrones cuya velocidad venga dada por el cociente E/B.

 

Medida de la relación carga/masa

Cuando eliminamos el campo magnético la partícula está bajo la acción de la fuerza eléctrica en la región del condensador, y a ninguna otra fuera del condensador. Las ecuaciones del movimiento en el condensador serán las del movimiento curvilíneo bajo aceleración constante

Si L es la longitud del condensador, la desviación vertical y de la partícula al salir de sus placas será

THOM_2.gif (2360 bytes)

Después, la partícula sigue un movimiento rectilíneo uniforme, hasta que impacta en la pantalla. La desviación total del haz en la pantalla situada a una distancia D del condensador es

 

Actividades

Medida de la velocidad del haz de electrones

Introducir los valores del campo eléctrico y del campo magnético en los controles de edición respectivos

Pulsar en el botón Velocidad para obtener la trayectoria del haz de electrones de velocidad desconocida

Repetir la operación tantas veces como sea necesario hasta conseguir una desviación nula del haz (que impacte sobre el origen).

Obtener el valor de la velocidad del haz, dividiendo la intensidad del campo eléctrico entre la intensidad del campo magnético. Observar que el valor del campo eléctrico se ha de multiplicar por 10000, y el valor del campo magnético está expresado en gauss (0.0001 T). Es decir, para obtener la velocidad del haz en m/s se divide los números que están en los respectivos controles de edición y se multiplican por el factor 108.

La velocidad del haz de electrones como hemos dicho, se obtiene dividiendo la intensidad del campo eléctrico entre la intensidad del campo magnético. Buscaremos ahora otro par de valores uno del campo eléctrico y otro del campo magnético que nos den desviación nula del haz de electrones (probar por ejemplo, a multiplicar por dos el valor del campo eléctrico y también por dos el valor del campo magnético obtenidos previamente, nos debería dar una desviación nula del haz de electrones).

Completar la siguiente tabla

B (gauss) E(*10.000 N/C)

V (*108 m/s)

     
     
     
Valor medio  

 

Medida de la relación carga/masa

Una vez obtenido el valor de la velocidad del haz de electrones, se pulsa sobre el botón Carga/masa, desaparece el campo magnético, y se traza la trayectoria del haz de electrones para el valor del campo eléctrico que señala su control de edición respectivo.

Se mide la desviación del haz en la pantalla graduada. Las medidas se expresan en mm.

Con este dato y sabiendo que el condensador mide L=4 cm y de la distancia del condensador a la pantalla es de D=12 cm, se despeja la relación q/m de la fórmula obtenida anteriormente. Antes de proceder al cálculo se expresa todas las magnitudes en el S.I. de unidades

Completar la siguiente tabla

E (N/C) d ( m)

q/m

     
     
     
Valor medio  

El valor que debe obtenerse para q/m será, aproximadamente

ThomsonApplet aparecerá en un explorador compatible con JDK 1.1.
                 
 

Instrucciones para el manejo del programa

Pulsar el botón Velocidad para hallar la velocidad del haz de electrones, cuando dicho haz sigue una trayectoria rectilínea, es decir, no se desvía.

Se calcula dicha velocidad y se pulsa el botón Carga/masa. Se anula el campo magnético y se mide la desviación del haz de electrones por el campo eléctrico del condensador.

Pulsar sobre el botón Borrar, para limpiar el área de representación gráfica.