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Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Ingeniería División de Ciencias Básicas Laboratorio de Química de Ciencias de la Tierra (6125)

Profesor(a): Guillermo Pérez Quintero Semestre 2021-1

Práctica No. 2 Nombre de la práctica EXPERIMENTO DE J. J. THOMSON

Grupo: 12 Brigada: 01

Integrantes: ALMAZAN PEREZ DANNA PAOLA DE JESUS ROBLES LUIS ALBERTO HERNANDEZ AGUIRRE ERICK REYES CALDERON CAROLINA VANESSA SANTOS CRUZ FERNANDO ALVARADO MOLINA EMILIANO

Fecha de entrega Cd. Universitaria a 15 de octubre de 2020.

1.Objetivos EL ALUMNO: 1. Conocerá el principio con que funciona el aparato para determinar la relación entre la carga y la masa (q/m) de los rayos catódicos mediante el uso de un simulador. 2. Determinará el valor de la relación q/m de los rayos catódicos empleando dos metodologías: una con potencial de aceleración constante y otra con campo magnético constante. 3. Determinará el error experimental de la relación q/m de los rayos catódicos.

2. Herramientas Digitales • Thomson’s cathode ray tube lab: https://www.thephysicsaviary.com/Physics/Programs/Labs/ThompsonetomLab/index.ht ml

3. Desarrollo ACTIVIDAD 1. El profesor verificará que los alumnos posean los conocimientos teóricos necesarios para llevar a cabo la práctica y dará las recomendaciones necesarias para el manejo del simulador. ACTIVIDAD 2 Funcionamiento del simulador El procedimiento para el uso de este simulador es sencillo; aun así, deben observarse ciertas precisiones en su funcionamiento para obtener los datos que se solicitarán. Se abrió el simulador y se trató de familiarizar con él, se jugó un poco con las flechas antes de continuar, existen tres parámetros:

o o o

el potencial de aceleración (Vac [V]) (accelerating voltage) el potencial de desviación (Vdef [V]) (deflection voltage) el campo magnético (B [mT]) (magnetic field)

Se atendió la siguiente indicación del manual de prácticas “Fije el potencial de aceleración (Vac) en 600 [V] y los otros dos parámetros en cero”

Se atendió la siguiente indicación del manual de prácticas “Mueva Vdef con las flechas verdes hacia arriba (mayor a cero), observe y responda lo que se pide. Al terminar regréselo a cero”

a) ¿Hacia dónde se desvía el haz de rayos catódicos cuando se aplica un

Vdef? Hacia Arriba b) ¿Qué tipo de campo se genera al aplicar el potencial (Vdef) entre las placas? Campo electico c) ¿Qué tipo de fuerza se ejerce sobre las partículas que componen el haz de rayos catódicos? Fuerza eléctrica d) Explique con sustento teórico la deflexión que observa. Como son rayos que contienen electrones se dirige al polo positivo Se atendió la siguiente indicación del manual de prácticas “Mueva B con las flechas azules hacia arriba (mayor a cero), observe y conteste. Al terminar regréselo a cero”

a) ¿Hacia dónde se desvía el haz de rayos catódicos cuando se aplica B? Hacia abajo b) ¿Qué tipo de fuerza se ejerce sobre las partículas que componen el haz de rayos catódicos? Fuerza magnética c) Explique con sustento teórico la deflexión que observa. Al ser mayor la fuerza magnética el haz de luz se dirige al polo negativo Se atendió la siguiente indicación del manual de prácticas “Elija un valor mayor que cero para B, fíjelo y después busque un valor para Vdef, hasta obtener una trayectoria horizontal del haz”

a) ¿Cuál es la magnitud de la velocidad de las partículas que componen el haz? 300/0.41=731.707 b) Al mover el Vac, con las fechas rojas, ¿qué parámetro se modifica (velocidad, campo magnético o campo eléctrico)? El campo eléctrico c) Explique con sustento teórico las deflexiones que observa. El aumento de fuerza electrica neutraliza el campo magnético por lo que el haz se dirige a la parte positiva

ACTIVIDAD 3 Registro de lecturas con potencial de aceleración constante (Vac=cte) Para esta actividad solo se tomaron las instrucciones del manual de prácticas “1. A partir de la posición del simulador como lo muestra la figura 1, ajuste la diferencia de potencial de desviación (Vdef) a 100 [V] con las fechas verdes.”

“2. Con las fechas azules, accione el campo magnético (B) e incremente la intensidad de éste hasta lograr que el haz de rayos catódicos dibuje una trayectoria horizontal”

“3. Para cada Vdef que se encuentra en la tabla 1, busque B con el cual el haz se desplaza de forma horizontal, de tal manera que pueda completar la tabla 1 con los valores obtenidos.”

Diferencia de potencial entre las placas Vdef [V] 100

Campo magnetico B [mT] 0.14

200

0.28

300

0.42

400

0.55

500

0.69

ACTIVIDAD 4 Toma de lecturas con campo magnético constante (B=constante). Para esta actividad solo se tomaron las instrucciones del manual de prácticas “Fije el campo magnético (B) en 1 [mT] y los otros dos parámetros al mínimo”

“Con el potencial de aceleración (Vac) fijo en 100 [V], incremente la diferencia de potencial de desviación (Vdef) con las flechas verdes, hasta lograr que el haz de rayos catódicos dibuje una trayectoria en línea recta”

“Para cada Vac que se encuentra en la tabla 2, busque Vdef con el cual el haz se desplaza de forma horizontal, de tal manera que pueda completarla con los valores obtenidos.”

Diferencia de potencial de aceleración vac[V] 100

Diferencia de potencial entre las placas Vdef[V] 297.0

200

419.0

300

514.0

400

592.0

500

663.0

ACTIVIDAD 5 El profesor indicará el procedimiento teórico para obtener los resultados de los puntos siguientes: 1. Con los datos obtenidos con el potencial de aceleración constante, obtenga: a) La gráfica de B2=f(E2). E 100 200 300 400 500

B 1.4x 2.8x 4.2x 5.5x 6.9x

b) El

modelo

10−4 −4 10 −4 10 10−4 −4 10 matemático

X

Y

100

1.4x 10−4 2.8x 10−4

200

correspondiente, donde B2=f(E2).

y=mx + b b=( x=0) y 2− y 1 2.8 ( 10−4 ) −1.4 ( 10−4 ) 1.4 ( 10− 4 ) −6 = = =1.4 ( 10 ) m= 200−100 100 x 2−x 1

b=( 1.4 ×10−6 ) ( 0 ) →b=0 c) El valor de la relación (q/m) experimental de los rayos catódicos.

100 v2 q E = v= = =714285.7143 B 1.4 ×10−4 m 2⋅ v ac 2

q (714285.7143) 5.1020 ×10 =1.275 × 108 = = 400 m 2 ⋅200 11

d) El porcentaje de error de la relación (q/m) de los rayos catódicos. 2. Con los datos obtenidos a campo magnético constante, obtenga: a) La gráfica de Vac=f(E2).

b) El modelo matemático correspondiente, donde Vac=f(E2).

d) El valor de la relación (q/m) experimental de los rayos catódicos.

e) El porcentaje de error de la relación (q/m) de los rayos catódicos.

NOTA: En el apéndice de esta práctica se encuentra el tratamiento teórico que corresponde.

5. Conclusión

Gracias a este alcance un mayor entendimiento en cuanto a el trasfondo en el modelo de J.J. Thomson el cómo utilizo los tubos de rayos catódicos para notar la existencia de la carga en la materia y los electrones; al igual fue interesante el apreciar un antecedente de la electricidad que incluso era utilizado en los televisores y antiguos, por otro lado, el apreciar como interactuaba el haz de luz sometido a distintas cargas fue sorprendente y fascinante. En cuanto a la parte matemática no alcance un buen entendimiento.

6. Bibliografía 1. Ander, P., & Sonnessa, A. J. (1992). Principios de Química. 2. Cruz, D., Chamizo, J. A., & Garritz, A. (1991). Estructura Atómica: un enfoque químico. 3. Sears, F. W., Zemansky, M. W., Young, H. D., & Freedman R. A. (1988). Física Universitaria. 6. REFERENCIAS ELECTRÓNICAS 1. Physics Aviary, The. (s.f.). Thomson's cathode ray tube lab [Simulador]. https://www.thephysicsaviary.com/Physics/Programs/Labs/ThompsonetomLab/index.html

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