Experiencia 6-Carga Especifica Del Electron

Universidad Tecnológica de Bolívar Laboratorio de Física III Experiencia 6
EXPERIENCIA 6
CARGA ESPECÍFICA DE ELECTRÓN
OBJETIVO
Estimar experimentalmente la carga específica del electrón.
PRINCIPIO
El esquema del sistema utilizado en esta experiencia se muestra en la figura 1. Los electrones
extraídos de la placa a son acelerados desde el reposo por la diferencia de potencial 𝑈 hasta
alcanzar la rapidez 𝑣 al llegar a la placa b. La rapidez puede calcularse mediante la expresión:
2𝑒𝑈
𝑣2 = 𝑚𝑒
(1)
Donde – 𝑒 y 𝑚𝑒 son la carga y la masa del electrón respectivamente.
b
E U
e
a
Figura 1. Esquema para el movimiento de electrones
Cuando los electrones salen de la placa b se encuentran en una región donde existe un campo
⃗ generado por una corriente eléctrica a través de un par de bobinas de Helmholtz. La
magnético 𝐵
magnitud de ese campo magnético es directamente proporcional a la corriente 𝐼 que circula a
través de las bobinas.
En la región central entre las bobinas el campo magnético es aproximadamente uniforme y su

magnitud puede estimarse a través de la expresión:
8𝜇0 𝑛𝐼
𝐵= (2)
5√5 𝑅
Donde 𝜇0 = 4𝜋 × 10−7 𝑁/𝐴2 es la permeabilidad magnética del vacío, n y R son el número de

espiras y el radio de la bobinas de Helmholtz respectivamente. Para la experiencia se usa una
bobina con 𝑛 = 130 y 𝑅 = 150 mm.
Si la velocidad de los electrones y el campo magnético son perpendiculares, la fuerza magnética

sobre los electrones hace que estos describan una trayectoria circular. En esas condiciones, el
radio r de la trayectoria descrita se puede calcular por la expresión:
𝑚𝑒 𝑣
𝑟= (3)
𝑒𝐵
De las ecuaciones (1) y (3) se deduce la expresión para determinar la carga especifica de los
electrones que resulta ser:
𝑒 2𝑈
= (4)
𝑚𝑒 𝑟 2 𝐵2
En esta experiencia se puede variar el potencial de aceleración U y mediante la corriente I la

magnitud del campo magnético B. Esto lleva a una variación del radio de la trayectoria de los
electrones.
PREGUNTAS PARA GUIARSE EN LA CONSTRUCCIÓN DEL MARCO TEORICO
• De acuerdo con la figura 1. ¿cuál debe ser la dirección del campo eléctrico para que los
electrones se aceleren hacia arriba?
• ¿Cuál debe ser la dirección del campo magnético para que los electrones se desvíen hacia
la derecha cuando salen de la placa b, como lo muestra la figura 1?
• Indique el sentido de la corriente en la bobina mostrada en la figura 1 para que el campo
magnético sea el requerido para la desviación de los electrones hacia la derecha.
• Con los valores teóricos aceptados para la carga y la masa del electrón, determine la razón
e/m.
• Realice los pasos necesarios para llegar a la expresión (1).
MONTAJE EXPERIMENTAL
Figura 2. Ilustración del sistema experimental
Figura 3. Izquierda, Montaje del experimento, a Bobinas de Helmholtz, b Tubo de rayo electrónico
filiforme y c dispositivo de medición. Derecha, Conexiones eléctricas
PROCEDIMIENTO
• Mueva la corredera izquierda del dispositivo de medición de modo que el borde interior, la
imagen especular y la abertura de escape del rayo de electrones se encuentren en una
línea de visión.
• Seleccione una corriente en las bobinas entre 1.0 y 1.5 A. Y fíjela durante todo el
experimento.
• Ajuste la corredera derecha de modo que ambos bordes internos estén separados 6 cm
(diámetro de la trayectoria de los electrones).
• Visualice el borde interno de la corredera derecha, alinéelo con su imagen en el espejo y
ajuste el potencial de aceleración U hasta que el rayo de electrones corra tangencialmente
a lo largo del borde de la corredera cubriendo la imagen en el espejo (ver Fig. 4). Registre
el valor de este voltaje
• Registe el valor de voltaje de aceleración para varios diámetros de trayectoria hasta 10 cm.
Figura 4. Medición del diámetro de la trayectoria circular de los electrones
ANALISIS
1. Con el valor de corriente seleccionado, calcule la magnitud del campo magnético generado
por las bobinas de Helmholtz.
2. Realice una gráfica de U como función del radio de la trayectoria.
3. Realice una gráfica de U como función de r2.
4. Por medio de regresión lineal o mínimos cuadrados con los datos de la gráfica de U como
función de r2 determine el valor de la pendiente. ¿qué unidad tiene ésta?
5. De acuerdo con la ecuación (4) ¿a qué es equivalente la pendiente encontrada en el ítem
anterior?
6. Con el valor de la pendiente, determine el valor de la razón e/m del electrón (carga
específica del electrón)
7. ¿Cuál es el porcentaje de error en la medida de e/m en este experimento?
8. Realice conclusiones sobre los conceptos físicos aprendidos en el experimento de acuerdo
a los objetivos planteados.
Bibliografía
1. Serway, R. “Física Vol.2”, séptima edición. Cengage Learning, Mexico 2009.
FIN

Experiencia 6-Carga Especifica Del Electron

Cargado por

Copyright:

Formatos disponibles

Experiencia 6-Carga Especifica Del Electron

Cargado por

Información del documento

Descripción original:

Título original

Derechos de autor

Formatos disponibles

Compartir este documento

Compartir o incrustar documentos

Opciones para compartir

¿Le pareció útil este documento?

¿Este contenido es inapropiado?

Copyright:

Formatos disponibles

Experiencia 6-Carga Especifica Del Electron

Cargado por

Copyright:

Formatos disponibles

Universidad Tecnológica de Bolívar Laboratorio de Física III Experiencia 6

CARGA ESPECÍFICA DE ELECTRÓN

Estimar experimentalmente la carga específica del electrón.

Donde – 𝑒 y 𝑚𝑒 son la carga y la masa del electrón respectivamente.

Figura 1. Esquema para el movimiento de electrones

En la región central entre las bobinas el campo magnético es aproximadamente uniforme y su

Donde 𝜇0 = 4𝜋 × 10−7 𝑁/𝐴2 es la permeabilidad magnética del vacío, n y R son el número de

Si la velocidad de los electrones y el campo magnético son perpendiculares, la fuerza magnética

En esta experiencia se puede variar el potencial de aceleración U y mediante la corriente I la

PREGUNTAS PARA GUIARSE EN LA CONSTRUCCIÓN DEL MARCO TEORICO

Figura 2. Ilustración del sistema experimental

Figura 4. Medición del diámetro de la trayectoria circular de los electrones

1. Serway, R. “Física Vol.2”, séptima edición. Cengage Learning, Mexico 2009.

También podría gustarte