7/23/2019 Laboratorio de Rayos

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UNIVERSIDAD CENTRAL

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS

FSICA 3

* admin@ucentral.edu.co

Relacin carga- masaJohan Duvan Arango Cruz*, Miguel ngel Mendoza Duran, Cristian David Ovalle.

.

Fecha de realizacin de la prctica 13-05015; Fecha de entrega del informe 21-0515.

Resumen

En el tubo de haz fino, los electrones se desplazan en una rbita descrita dentro de un

campo magntico homogneo. El tubo contiene gas de nen con una presin de ajuste

exacto, y los tomos del gas, a lo largo de la rbita, se ionizan debido al choque con los

electrones, provocando emisin de luz. Por esta razn, la rbita de los electrones se hace

visible de manera indirecta, y el radio de esta rbita se puede medir directamente por me-

dio de una escala. Dado que la tensin de aceleracin U del can de electrones y el campo

magntico B son conocidos, a partir del radio r de la rbita, se puede calcular la carga espe-

cfica.

Palabras claves: campo magntico, ionizar.

Abstract

In the thin tube bundle, electrons move in an orbit described in a homogeneous magnetic

field. The tube contains neon gas pressure with precise fit, and the gas atoms along the

orbit, are ionized by the collision with electrons, causing light emission. Therefore, the orbit

of electrons becomes visible indirectly, and the radius of the orbit can be measured directly

by a scale. Since the acceleration voltage U of the electron gun and the magnetic field B areknown, from the orbit radius r, it can be calculated specific load.

Keywords: magnetic field, ionize

1.

Marco Terico.

La relacin masa carga ( mQ) es unamagnitud

fsica usada en laelectrodinmica de las par-

tculascargadas. Como implica su nombre la

relacin masa carga de un objeto resulta de

dividir lamasa del objeto entre sucarga elc-trica.Esta magnitud generalmente solo es til

cuando el objeto es unapartcula.Para obje-

tosmacroscpicos la carga total, la densidad

de carga, la masa total o la densidad de la

masa suelen ser magnitudes ms tiles. En el

sistema internacional de unidades se mide

enkg/C. El concepto (m/Q) aparece en los

campos de lamicroscopa electrni-

ca,espectrometra de masas,tubos de rayos

catdicos,fsica del acelerador,fsica nu-

clear, cosmologa yptica inica.La impor-

tancia de la relacin carga masa resulta de

que, segn la electrodinmica clsica, dospartculas con la misma relacin masa carga

se desplazan con la misma trayectoria en el

vaco cuando son sometidas a campos mag-

nticos.

2.

Procedimiento experimental.

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2/5

Titulo del informe

2

Conecte entre s los clavijeros de masa

(negros) de la salida de 50 V y de la salida

de 12 V.

Conecte el polo positivo de la salida de300 V con el nodo (clavijeros rojos) y el

polo negativo con el ctodo (clavijeros

negros).

Adems, conecte el voltmetro, en

paralelo, a la salida de 300 V. Conecte el

polo negativo de salida de 50 V con el

cilindro de Wehnelt (clavijeros azules).

Conecte el polo positivo de salida de 12 V

con la calefaccin de ctodo (clavijeros

verdes). Conecte el clavijero de puesta a

tierra de la fuente de alimentacin del

tubo con el clavijero de tierra del tubo de

haz fino de radiacin. Conexin del par de

bobinas de Helmholtz

Conecte las bobinas en serie a la fuente

de alimentacin de DC de 12 V, como se

muestra en la Fig. 3, de tal manera que en

ambas bobinas circule la corriente en el

mismo sentido.

3.

Anlisis cualitativo.

En un matraz de vidrio es el can de

electrones, que consiste en un

calentamiento indirecto del ctodo dexido, un cilindro de Wehnelt y un nodo

Agujero en una atmsfera con gas de nen

Precisamente ajustada presin del gas. Los

tomos de gas la trayectoria de los

electrones a lo largo y se ionizaSobre un

electrn que se mueve con una velocidad

V en direccin perpendicular al campo

magntico uniforme B acta la fuerza de

Lorenz en sentido perpendicular a la

velocidad y al campo

Finalmente en la parte analtica la relacin

carga masa se obtiene de la siguiente forma:

= (1)

R

vmmaF

2

(2)

R

vmqvB

2

(3)

De la ecuacin (3) se obtiene

=

(4)

Utilizando el teorema del trabajo y la energa

tenemos

2

2

1mvqV

(5)

Remplazando

22

2

BR

V

m

q

(6)

Finalmente, con el campo elctrico determi-

nado por la ley de Biot Savart, obtenemos la

expresin

=

2

(.

)

(7)

El resultado es un brillante, claramente

definido Beam. Marcas de medicin

incorporadas permiten la determinacin

de paralaje del dimetro de la rbita

desviando en el campo magntico

4.

Anlisis cuantitativo.

4.1. Manejo de Tablas y ecuaciones

Datos Obtenidos:

En el desarrollo de nuestra prctica se obtu-

vieron los siguientes datos:

7/23/2019 Laboratorio de Rayos

3/5

Autor principal et al.: Ttulo

Los valores mostrados a continuacin son los

lmites a los cuales el equipo estaba

sometido:

VOLTAJE MAXIMO 300 V

CORRIENTE MAXIMA 3A

El radio el cual pertenece el haz de luz se

muestra a continuacin.

DIAMETRO 40mm

RADIO 20mm

Como la prctica lo dice, los datos que se

evidencian en la tabla 1 son los generados

a partir de variar voltaje y corriente para

mantener el radio de haz de luz.

TABLA 1

DATOS VOLTAJE CORRIENTE

1 67,5 1

2 69,7 1,1

3 74,6 1,31

4 81 1,58

5 102,4 2,2

6 132,6 2,61

Con los datos anteriores se procede a

utilizar la ecuacin (5)

=

()(5)

Pero a su vez esta misma ecuacin puede

estar expresada de la siguiente manera.

=

2

(.

)

(6)

Donde q y m son la carga y la masa del elec-

trn respectivamente, V es la diferencia de

potencial de R es el radio del circulo que des-

cribe el haz de electrones, n es el nmero de

espiras de las bobinas de Helmont (124 en

total) _0 es la permeabilidad del espacio

libre I es la corriente que circula a travs de

las bobinas y r es el radio de las bobinas.

A raz de esto se generan los primeros valores

de carga sobre masa.

La tabla n2 surge una relacin lineal entre

las variables incluidas en dicha tabla, lo cual

se analizar en las conclusiones)

VOLTAJE CORRIENTE e/m67,5 1 9,76E+11

69,7 1,1 8,31E+11

74,6 1,31 6,29E+10

81 1,58 4,69E+11

102,4 2,2 3,06E+11

132,6 2,61 2,81E+11

Ahora se procede a realizar una grfica en

donde se enfrentan los valores 2U vs r2B2 el

cual va a generar una relacin lineal, como se

evidencia en la tabla 2. Para esto generamos

una tabla donde el eje y se ve representado

por 2U y el eje x por el r2B2.

2u R2 B2

135 1,38E-09

139,4 1,67E-09

149,2 2,37E-09

162 3,45E-09

204,8 6,69E-09

265,2 9,42E-09

Cabe mencionar que las medidas de

longitudes, radios etc. estn en mm.

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4/5

Titulo del informe

4

Para la evaluacin ulterior se llevan

los Valores de medida a un diagrama

r2B2-2U

La pendiente de la recta que pasa porel origen de coordenadas

corresponde a e/m.

Ilustracin 1, Diagrama r2B2/2U.

Ahora despus de haber generado la grfica

procedemos hacer el anlisis de la regresin

lineal la cual nos presenta el grafico

=

(.

)

Donde el factor:

(.

)

=

= 4.16710 = (8)

Es constante para cada una de las mediciones.Al igual que V as tenemos.

=

R(9)

y = 2E+10x + 111,05

R = 0,9854

0

50

100

150

200

250

300

0,00E+00 2,00E-09 4,00E-09 6,00E-09 8,00E-09 1,00E-08

2U

r2B2

Diagrama r2B2 / 2U de los valores de

medicin

Series1

Lineal (Series1)

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5/5

Autor principal et al.: Ttulo

Organizando esta expresin tenemos:

=

(10)

Finalmente comparando esta expresin con lasecuaciones obtenidas de la regresin lineal en

cada una de las grficas tenemos.

1

2= , 2 =

Y

=

(11)

As podemos escribir.

= (11)

La siguiente es la ecuacin que nos gener la

regresin lineal

y = 2E+10x + 111, 05

AHORA como se evidencia en la ecuacin 11

La pendiente de nuestra grafica equivale a

2E10

Y la relacin carga sobre masa terica es:

=

1,9 19

9,1 31= ,

Para obtener un valor correcto preciso de la

relacin carga-masa es necesario medir con

bastante precisin los valores de voltaje, co-

rriente y el radio que describe el haz de elec-

trones puesto que c es una constante que se

puede determinar con facilidad.

Conclusiones

Gracias a este experimento podemos

evidenciar el comportamiento de

partcula de los electrones de cierto

elemento.

Para observar el comportamiento de

los electrones fue necesario mante-

nerlos dentro de un campo magnti-co para que ellos describan la trayec-

toria circular vista.

En la grfica existe una relacin lineal

q/m y el voltaje, lo que quiere decir

que q/m es dependiente del voltaje

al que es aplicado en los electrones

del experimento.

La relacin q/m se muy seriamente

afectada por el radio que describe el

haz de electrones y para dicho expe-riment tenemos un radio de 5cm y

por eso es que se dice anteriormente

que hay una relacin lineal.

REFERENCIAS

3B SCIENTIFIC PHYSICS1 Tubo de haz

fino sobre zcalo de conexin

1000904.

fisica la naturaleza de las cosas volII. Lea Susan Brke John Robert.

ED internacional THOMSON edi-

tores. 1999 Mxico