7/23/2019 Laboratorio de Rayos
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UNIVERSIDAD CENTRAL
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICAS
FSICA 3
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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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:
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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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Titulo del informe
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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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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
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