Informe carga específica del electrón PDF

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Carga específica del electrón.physical pendulum.Autor 1:Manuela Castaño RamírezUniversidad tecnológica de Pereira [email protected] 2: Martín Esteban Hernández Páez Universidad tecnológica de Pereira [email protected] 3: Jhon Jaiber Gallego Morales Universidad tecnológica de Pereira Jhosh_Galle...

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Laboratorio de Física III Gr. 12 [24/04/22]

Carga específica del electrón. physical pendulum. Autor 1: Manuela Castaño Ramírez Universidad tecnológica de Pereira [email protected]

Autor 2: Martín Esteban Hernández Páez Universidad tecnológica de Pereira [email protected]

Autor 3: Jhon Jaiber Gallego Morales Universidad tecnológica de Pereira [email protected]

Resumen— El presente laboratorio “Carga específica del electrón” tiene por objetivo determinar la carga específica del electrón y la incertidumbre asociada a partir de las trayectorias observadas de un haz de electrones que cruza por campos eléctrico y magnético de intensidad variable; para esta práctica se realizó un montaje con una cámara de observación, unas bobinas, transformadores y fuentes. Los datos obtenidos se tomaron de la variación de la corriente en la fuente para visualizar la variación en la distancia del haz de luz.

electromagnético, emite radiación electromagnética, con longitudes de onda dentro del rango de luz visible. Teniendo en cuenta la ley de conservación de la energía, la relación entre la magnitud e/m y el radio de la trayectoria del electrón se determina considerando que el cañón de electrones, mediante la aplicación de un potencial V, acelera los electrones suministrados energía cinética, cuya expresión es de la forma

Palabras claves— Electrón, carga, haz de luz, específica. Abstract— The objective of this laboratory "Specific charge of the electron" is to determine the specific charge of the electron and the associated uncertainty from the observed trajectories of an electron beam that crosses electric and magnetic fields of variable intensity. assembly with an observation camera, some coils, transformers and sources. The data obtained was taken from the variation of the current in the source to visualize the variation in the distance of the light beam. Keyword — Electron, charge, light beam, specific.

I.

Se obtiene para la velocidad del electrón en el campo magnético de las bobinas de Helmholtz la siguiente expresión:

Por otro lado, debido a que el electrón se mueve dentro de este campo magnético en dirección perpendicular al mismo, sobre éste actúa una fuerza de Lorentz de magnitud:

INTRODUCCIÓN

Al aplicar una fuerza electromagnética de Lorentz a un electrón que se mueve a velocidad v en dirección perpendicular a un campo magnético uniforme B, la carga se moverá en el campo electromagnético homogéneo describiendo una trayectoria en forma de espiral de radio r, cuyo eje está dirigido a lo largo del campo magnético. En la práctica estos radios se pueden medir debido a que estas trayectorias pueden ser observadas ya que, de acuerdo con la electrodinámica clásica, cuando una partícula cargada se mueve con aceleración en un campo

Para la relación e/m se tiene

Por otra parte, el campo magnético creado por una espira circular de radio R en un punto x sobre su eje, se define por:

Laboratorio de Física III Gr. 12 [24/04/22]

II.

Las bobinas de Helmholtz corresponden a un arreglo que consta de dos bobinas de N espiras cada una, de radio R y separadas una distancia igual al radio. En consecuencia, el campo magnético a lo largo de su eje, calculado en el centro entre las dos bobinas es:

CONTENIDO Metodología

Para realizar esta práctica lo primero que se hizo fue encender el transformador de 600v, encender las fuentes de alimentación variable (amperios y voltios) y encender los multímetros.[ver imagen 2]

Siendo μo = 4π×10−7 Tm/A la permeabilidad magnética en el vacío. Se obtiene una expresión que relaciona la carga específica del electrón con el radio de la trayectoria r y los valores aplicados de voltaje V y corriente I.

Imagen 2. Fotografía del equipo utilizado para el laboratorio. Finalmente, una relación lineal entre el cuadrado de los radios de la trayectoria r2 y el inverso del cuadrado de la corriente 1/I2, de manera que la pendiente de la recta correspondiente se determina por:

Después se midió el voltaje proporcionado por la fuente el cual fue aproximadamente de 253,8 V. Acto seguido se empezó a variar la intensidad de corriente con el fin de medir correctamente el radio de la esfera generada por el tubo de rayos filiformes. [ver imagen 3]

Materiales Para la realización de este laboratorio, se utilizó: un transformador, fuente de alimentación universal, fuente de alimentación de 600 V, tubo de rayos filiformes, cámara de observación e/m, bobinas de Helmholtz (con los siguientes parámetros: radio R = 24.9 cm,número de vueltas N = 235), multímetro digital, cables de conexión. Objetivos. Determinar la carga específica del electrón (e/m) y la incertidumbre asociada a partir de las trayectorias observadas de un haz de electrones que cruza por campos eléctrico y magnético de intensidad variable.

Imagen 3. Fotografía del círculo generado por la variación de intensidad de corriente en el tubo de rayos filiformes. Finalmente se tomaron 7 mediciones de radio en el círculo y se apuntaron sus respectivos amperios (obtenidos mediante el multímetro). [ver tabla 1 ]

Laboratorio de Física III Gr. 12 [24/04/22]

Teniendo en cuenta los resultados de las tabla 2 [ver tabla 2] se pudo graficar los resultados. [ver imagen 5]

Tabla 1. Tabla de datos principal. Análisis de resultados: Teniendo en cuenta los resultados de las tabla 1 [ver tabla 1] se pudo graficar los resultados. [ver imagen 4]

Imagen 5. Gráfica de los radios al cuadrado y los respectivos inversos de amperios al cuadrado. Se pudo calcular la ecuación de tendencia lineal y=0,0162x y R² = 0,9974. Finalmente para despejar e/m utilizaremos la ecuación [ver imagen 6] en donde despejamos e/m.

Imagen 6. V es el voltaje, R radio, N radio del embobinado y μ permitividad en el objeto. Finalmente obtenemos que el valor de e/m es de : 7.0668296699886875 × 10^12 C/kg [ver imagen 7] Imagen 4. Gráfica de los radios y los respectivos amperios obtenidos. Imagen 7. Resultado de e/m.

También se calculó el cuadrado de los radios obtenidos y el inverso del cuadrado de las corrientes, resultados que se organizaron en otra tabla de datos.[ver tabla 2]

III.

Tabla 2. Tabla de datos calculada.

CONCLUSIONES

●

La gráfica de la distancia al cuadrado vs el inverso de la intensidad de corriente al cuadrado muestra una tendencia lineal.

●

El resultado del e/m experimental fue mayor al esperado y esto se pudo deber a los instrumentos de medición y a incertidumbres durante la toma de datos principal.

●

Durante el laboratorio se comprobó que 5 cm es el valor máximo de radio que se puede obtener sin importar cuánto varíe la intensidad de corriente.

Laboratorio de Física III Gr. 12 [24/04/22]

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A mayor intensidad de corriente menor será el radio conseguido.

Cuestionario 1. Estudiar el concepto de la fuerza de Lorentz y la ley de Biot-Sawart RTA: “Al contrario que en los campos eléctricos, una partícula cargada que se encuentre en reposo en el interior de un campo magnético no sufre la acción de ninguna fuerza. Otra caso bien distinto se produce cuando la partícula se encuentre en movimiento, ya que por el contrario, en este caso, la partícula sí que experimentará la acción de una fuerza magnética que recibe el nombre de fuerza de Lorentz” [2]. 2. Calcule el campo magnético en el centro de las bobinas de Helmholtz y establezca su valor en función de la corriente. RTA:

REFERENCIAS [1] UTP, «GUIAS DE FISICA EXPERIMENTAL III,» 2011. [2] https://www.fisicalab.com/apartado/ley-de-lorentz...