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Práctica 7: a Universidad Distrital Francisco José de Caldas INFO ARTÍCULO Entregado: Febrero de 2019 Palabras claves: - Electrón - Carga - Masa - Voltaje - Campo Magnético estudio de las descargas eléctricas en gases, que al estar ionizados, permite el control de la conductividad de los mismos. La ...

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Práctica 7: a

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

INFO ARTÍCULO Entregado: Febrero de 2019

Palabras claves: - Electrón - Carga - Masa - Voltaje - Campo Magnético

estudio de las descargas eléctricas en gases, que al estar ionizados, permite el control de la conductividad de los mismos. La velocidad de los electrones, el campo eléctrico y magnético se aplica simultáneamente, en forma tal que las dos fuerzas sean iguales en magnitud y no se produzca ninguna desviación. En el laboratorio mediante el tubo de rayos filiforme se determinó experimentalmente la relación carga/masa del electrón, variando el voltaje y manteniendo constante la corriente. Observando que el diámetro y el radio es directamente proporcional y la constante obtenida es próxima a la constante teórica.

ABSTRACT The direct measurement of the charge/mass ratio, e/m, of the electron as a constant and universal value by Thomson in 1897 can be rightly regarded as the principle for the current understanding of the atomic structure. This experiment was developed from the study of the electrical discharges in gases, which, being ionized, allows the control of the conductivity of the same ones. The speed of the electrons, the electric and magnetic field is applied simultaneously, in such a way that the two forces are equal in magnitude and no deviation occurs. In the laboratory using the filiform ray tube the charge/mass ratio of the electron was determined experimentally, varying the voltage and keeping the current constant. Noting that diameter and radius is directly proportional and the constant obtained is close to the theoretical constant.

1. Introducción El tubo de rayos filiformes es una ampolla de vidrio de 170 a 180 mm de diámetro, provista de dos tubuladuras opuestas. Una de ellas

RESUMEN La medida directa del cociente carga/masa, e/m, del electrón como un valor constante y universal por Thomson en 1897 puede considerarse justamente como el principio para la comprensión actual de la estructura atómica. Este experimento se desarrolló a partir del

contiene los sujetadores y los hilos para el sistema generador de rayos con su escala para determinar el radio de las trayectorias circulares de los electrones. Esta escala se halla en el seno de la ampolla. El tubo contiene moléculas de hidrógeno de baja presión, las cuales emiten luz al colisionar con los electrones, esto hace

que la ruta de los electrones se visible indirectamente y que se pueda medir el radio r de la órbita con una regla. Un rayo de electrones es acelerado a través de una carga conocida, así la velocidad de los electrones es conocida. 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.

electrodos que libera, concentra y acelera electrones, formando un haz que constituye un rayo electrónico. La liberación se produce cuando un material alcanza suficiente temperatura como para que algunos de sus electrones periféricos adquieran suficiente energía como para «saltar», librándose de la atracción atómica. Esto se realiza por lo general en un filamento metálico (similar al de una bombilla de alumbrado) que a la temperatura de incandescencia a la que funciona produce este efecto -efecto Edison- y actúa como cátodo. Otra placa próxima cuyo potencial sea superior al del cátodo, constituye el ánodo, y atrae hacia sí los electrones acelerándolos. Un pequeño orificio en el ánodo puede ser suficiente para que cierto número de electrones se escapen de la estructura con una velocidad controlada por el potencial de este ánodo. 2. Materiales

Figura 1. Montaje experimental de los tubos de rayos filiforme y las bobinas de Helmholtz a Bobinas de Helmholtz. b Tubo de rayo electrónico filiforme. c Dispositivo de medición.

Figura 4: Fuente de Voltaje y Multímetro

3. Metodología Esfera de Helio

Figura 2.Medición del diámetro de la órbita con el dispositivo de medición.

Cañón electrónico El cañón electrónico es una disposición de

Se requiere una ampolla esférica de vidrio, llena de helio a una baja presión (10-2 mm Hg), la cual posee en su interior un cañón electrónico. Este cañón produce un haz de electrones (rayos catódicos). Estos electrones en su trayecto colisionan con los átomos del gas enrarecido,

excitándolos. La desexcitación inmediata supone la emisión de energía en forma de luz. El resultado es una cierta luminiscencia en la región del gas alcanzada por la trayectoria de los electrones. Seguido a esto para la realización de los cálculos se usaron los siguientes datos teóricos.

Donde: -

q: Carga del electrón m: Masa del electrón V: Voltaje r: radio del círculo de gas interno N: Número de vueltas µ0: Permeabilidad magnética en el vacío I: Corriente

Finalmente para hallar la relación carga - masa se usó la siguiente ecuación

Tabla 1. Datos teóricos utilizados en la práctica. Los datos teóricos proporcionados se aplican a la siguiente fórmula Siendo A la nueva variable que relaciona el radio del círculo de gas con el voltaje proporcionado al experimento.

4. Resultados Al realizar los cálculos señalados anteriormente se obtuvieron los datos a continuación:

Tabla 2: Cálculos de la relación Carga - Masa del Electrón Posterior a la recolección de los datos fué útil realizar la regresión polinómica para de esta manera determinar la relación que tuvo el radio de la estela con el resultado obtenido como se ve a continuación:

Gráfica 1. Cambio en el radio de la estela de gas con respecto al voltaje. 5. Análisis de Resultados Como se puede apreciar en la gráfica N°1 si bien se mantiene una correlación entre los datos existe un margen de error amplio, lo cual se verifica al consultar los valores reportados en la tabla N° 2 en la que el error porcentual varió entre porcentajes correspondientes a 46.04% a 21.90%. Estos errores pueden deberse a que las mediciones fueron tomadas con una regla en la parte posterior al halo, debido a esto la distancia tanto de la regla del halo o la distancia del observador, pudieron agregar este error a la medida. Se evidencia la relación entre los electrones su velocidad y su masa, estableciendo que si la corriente es fija y se varía el voltaje los electrones se desplazan más rápido a medida que se aumente el voltaje. Según los datos reportados en la tabla N°2 a medida que se aumentó el voltaje el diámetro y el radio también lo hicieron indicando una relación directamente proporcional, al comparar los valores obtenidos con el aceptado (1.76 X10 11 Coulomb/ kg) se puede inferir que la diferencia no es muy alta lo que le da validez a la práctica. A su vez esta práctica expuso el principio de las fuerzas interactivas de un electrón que se desplaza en un campo magnético. Una vez han sido acelerados los electrones mantienen una velocidad constante en presencia de un campo magnético uniforme ejerciendo una fuerza que hace que tome una trayectoria circular. Esto se relaciona con la velocidad del electrón a la masa mediante el uso de un campo magnético induciendo una fuerza centrípeta. la fuerza centrípeta, la relaciona e / m y se halla midiendo el potencial de aceleración, la corriente en la bobina de Helmholtz y el radio de la trayectoria circular del haz de luz..

6. Conclusiones -

Mediante el experimento realizado en el laboratorio se pudo determinar la carga y la masa del electrón, siguiendo el análisis del experimento realizado por Thomson pues para ello se debía medir inicialmente la aceleración que sufrían las partículas en el eje “Y”, cuando se encontraban dentro del campo eléctrico.

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La relación carga-masa es constante y no depende del material empleado para el electrodo, si la corriente es fija y solo se varía el voltaje, los electrones se desplazarán más rápido y el radio será directamente proporcional a su variación.

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A pesar de que el error experimental porcentual fue alto, los datos son aceptables y coherentes con el fundamento del experimento de Thomson, según la gráfica 1. la proporción de la varianza total ( r 2 ¿ corresponde a 0,9587 es decir que los datos están correlacionados.

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La permeabilidad magnética del experimento es inferior a 1 lo que quiere decir que la capacidad del medio para atraer y hacer pasar a través de ella campos magnéticos es baja o diamagnética debido a que todos los pares de electrones con espín opuesto contribuyen a este fenómeno.

7. Referencias

Máquina e/m. Wikipedia. Tomado de: https://es.wikipedia.org/wiki/Máquina_de_e/m...