Electrónica
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1. embargo esta condici n se cumple perfectamente s lo en R una zona a alrededor del centro A partir de aqu el campo magn tico disminuye uniformemente hacia afuera y alcanza el valor cero justo fuera de las bobinas El electr n se mueve primero en una zona con campos magn ticos peque os y por tanto en una trayectoria con un radio mayor R S lo al alcanzar la distancia mn al centro el campo magn tico tiene el valor que la geometr a de Helmholtz determina Despu s de que el electr n pasa por la zona con campo magn tico homog neo en el centro alcanza la zona con campo magn tico decreciente De aqu que el campo magn tico sea sistem ticamente sobreestimado en el c lculo de la carga espec fica el error encontrado es de un 10 Una diferencia adicional respecto al valor de la bibliograf a ocurre en la medici n de la geometr a de Helmholtz Si por ejemplo en lugar de la distancia ptima a 6 7 cm se ajusta a 7 3 cm esto conduce igualmente a un campo menor en la zona del haz electr nico el error aqu es de 6 La determinaci n exacta de la carga espec fica sin t rminos de correcci n puede conseguirse con el tubo de rayo electr nico filiforme 555 571 En este caso las bobinas de Helmholtz est n dimensionadas de tal forma que en la zona del recorrido del rayo predomina un campo homog neo el cual puede ser calculado correctamente con 4Y NAI Beare ae Ho R Adem s la distancia entr2. n aplicada entre c todo y nodo Un haz de electrones fino generado a trav s de un diafragma con agujero en el nodo incide en la parte delantera del tubo sobre una capa fluorescente y puede verse como una peque a mancha luminosa verde Mediante placas de deflexi n directamente detr s del nodo el rayo electr nico es desviado electrost ticamente en un plano horizontal Un campo magn tico desv a los electrones verticalmente hacia arriba hacia un vaso de Faraday orientado en 45 respecto al eje del rayo el cual se carga En el experimento se estudia con detalle las propiedades de los rayos cat dicos Primero se determina la polaridad de los portadores de carga mediante la comparaci n con una carga de polaridad conocida Para ello un par de bobinas de Helmholtz montadas en paralelo al rayo cat dico generan un campo magn tico que desv an el rayo hacia arriba El rayo incide sobre el vaso de Faraday La desviaci n es causada por la fuerza de Lorentz F q vxBsobre los portadores de carga y se aplica perpendicular tanto a la direcci n de movimiento de los portadores de carga como a las l neas de campo magn tico Si el vaso de Faraday est conectado con un electroscopio previamente cargado con una carga de polaridad conocida se puede deducir la polaridad de los portadores seg n c mo cambie la deflexi n O LD Didactic GmbH Tambi n es posible estimar la carga espec fica de los portadores de carga El campo m
3. mp cs 1006 Electr nica Portadores de carga mov ndose en el vac o Tubo de Perrin Objetivos del experimento Hojas de F sica P3 8 4 1 Emisi n termoi nica en el vac o Polaridad y carga espec fica de los portadores E Determinaci n de la polaridad de los portadores de carga emitidos por un c todo calentado MW Estimaci n de la carga espec fica de los portadores de carga emitidos Fundamentos Con un tubo de Perrin se pueden estudiar diferentes propiedades de los rayos cat dicos En los experimentos con los tubos diodo triodo y el tubo con cruz de Malta se estudi cualitativamente la existencia de los rayos cat dicos su propagaci n en l nea recta en el espacio libre y su desviaci n bajo campos el ctricos y magn ticos En el tubo de Perrin se pueden desviar rayos cat dicos mediante un campo el ctrico o magn tico en un vaso de Faraday que hace un ngulo de 45 respecto al rayo electr nico y se carga por acci n de los rayos cat dicos Con un electroscopio se muestra la existencia de la carga La polaridad de la carga tambi n puede ser determinada compar ndola con otra carga de signo conocido Si la desviaci n es causada por un campo de intensidad conocida entonces tambi n se puede estimar la carga espec fica a partir de la tensi n de aceleraci n Un y de los datos geom tricos del tubo En el tubo de Perrin los electrones que salen de un c todo calentado son acelerados por una alta tensi
4. tensi n an dica Ua Ejemplo de medici n y evaluaci n Se precarga al electroscopio con carga negativa la aguja del electroscopio se desv a Se aumenta lentamente el campo magn tico incrementando la corriente de las bobinas la manchita verde de la pantalla se desplaza hacia arriba Cuando el haz electr nico incide sobre el vaso de Faraday la desviaci n en el electroscopio aumenta Los portadores tienen entonces la misma polaridad es decir se cargan negativamente LD Didactic GmbH LeyboldstraBe 1 D 50354 H rth Alemania Tel fono 02233 604 0 Fax 02233 604 222 e mail infoOld didactic de O LD Didactic GmbH Impreso en la Rep blica Federal de Alemania Modificaciones t cnicas reservadas LD Hojas de F sica 3 P3 8 4 1 El haz de electrones incide sobre el vaso de Faraday para una corriente de bobinas 0 34 A y una tensi n del c todo Ua 3 5 kV La carga espec fica viene dada por ELAUN e B m ES 20 m r B 5 R A partir de los valores Ua 3 5 kV r Lo 126 1042 N 320 I 0 34 A y R 6 7 cm resulta 16 cm para la carga espec fica O E Me k El valor as obtenido para la carga espec fica es menor que el valor encontrado en la bibliograf a lt 17588 10 g e una diferencia de aprox 27 Una causa del error proviene del supuesto que el campo magn tico entre las bobinas de Helmholtz es homog neo y 4 NI a puede ser calculado mediante B 4 SIR Sin
5. agn tico desv a al rayo hacia una trayectoria circular El radio de esta trayectoria est determinado por la velocidad de los electrones y la intensidad del campo magn tico Cuando el rayo incide sobre el vaso de Faraday el radio de la trayectoria en el experimento es r 16 cm queda prefijado por la geometr a del tubo y las bobinas La carga espec fica se estima entonces a partir de la tensi n an dica aplicada Ua y del campo magn tico B mediante la siguiente expresi n e_ 2U m Brf La densidad de flujo magn tica B puede ser calculada a partir de la corriente que fluye por el par de bobinas de Helmholtz mediante 3 4 2 N I B u5 R donde N 320 es el n mero de espiras R 6 7 cm es el radio medio de las bobinas e es la corriente aplicada LD Didactic GmbH Leyboldstra e 1 D 50354 H rth Alemania Tel fono 02233 604 0 Fax 02233 604 222 e mail info ld didactic de Impreso en la Rep blica Federal de Alemania Modificaciones t cnicas reservadas P3 8 4 1 LD Hojas de F sica Montaje experimental Materiales 1 tubo de Perrin 1 portatubo 1 par de bobinas de Helmholtz 1 fuente de aliment de alta tensi n de 10 kV 555 622 555 600 555 604 521 70 521 545 540 091 500 611 500 621 500 622 500 641 1 cable de exper de seguridad 25 cm rojo 2 cables de exper de seguridad 50 cm rojos 1 cable de exper de seguridad 50 cm azul 4 cables de exper de seguridad 100 c
6. e las bobinas viene prefijada y por ello no hay posibilidad para una desviaci n involuntaria de la geometr a de Helmholtz LD Didactic GmbH LeyboldstraBe 1 D 50354 H rth Alemania Tel fono 02233 604 0 Fax 02233 604 222 e mail infoOld didactic de O LD Didactic GmbH Impreso en la Rep blica Federal de Alemania Modificaciones t cnicas reservadas P3 8 4 1 4 LD Hojas de F sica LD Didactic GmbH LeyboldstraBe 1 D 50354 H rth Alemania Tel fono 02233 604 0 Fax 02233 604 222 e mail infoOld didactic de O LD Didactic GmbH Impreso en la Rep blica Federal de Alemania Modificaciones t cnicas reservadas
7. m rojos 2 cables de exper de seguridad 100 cm azules 500 642 2 cables de exper de seguridad 100 cm negros 500 644 Instrucciones de seguridad El tubo de Perrin es un tubo de vidrio de vac o y de paredes delgadas hay peligro de implosi n Tenga cuidado cuando el tubo est funcionando se est n aplicando tensiones peligrosas al contacto El tubo no debe estar sometido a cargas mec nicas Conecte el tubo de Perrin s lo con los cables de seguridad especiales para la experimentaci n Siga al pie de la letra las instrucciones de servicio del Tubo de Perrin 555 622 y del Portatubo 555 600 Montaje Para el montaje del experimento v ase la figura de arriba es necesario que realice los siguientes pasos Instale cuidadosamente el tubo de Perrin en el portatubo Para la calefacci n del tubo conecte las hembrillas F4 y F2 del portatubo a la salida posterior de la fuente de alimentaci n de alta tensi n de 10 kV Conecte la hembrilla C del portatubo casquillo del c todo del tubo al polo negativo y la hembrilla A nodo al polo positivo de la fuente de alimentaci n de 10 kV y adicionalmente ponga a tierra el polo positivo Una la hembrilla X placas de deflexi n con la hembrilla A nodo Monte el par de bobinas de Helmholtz en las posiciones marcadas con H geometr a de Helmholtz del portatubo Una ligera desviaci n de la geometr a de Helmholtz conduce a un error sis
8. tem tico en el c lculo del campo magn tico por ello mantenga la desviaci n lo m s peque a posible Ajuste la altura de las bobinas de tal forma que el centro de las bobinas se encuentre a la altura del eje del haz Conecte las bobinas en serie a la fuente de tensi n continua de tal forma que la corriente indicada en la fuente de tensi n corresponda a la corriente que fluye por las bobinas Tenga presente que la corriente circule por las bobinas en el mismo sentido Conecte el electroscopio al vaso de Faraday y adicionalmente ponga a tierra el soporte del electroscopio Realizaci n del experimento Encienda la fuente de alimentaci n de alta tensi n El c todo empezar a calentarse Elija una tensi n an dica entre 2 5 y 5 kV En la pantalla aparecer una peque a mancha verde luminosa Determinaci n de la polaridad de los portadores de carga Cargue negativamente al electroscopio por corto tiempo uniendo con el cable de alta tensi n el polo negativo de la fuente de alimentaci n de alta tensi n con el electroscopio Aumente lentamente el campo magn tico incrementando la corriente de las bobinas hasta que el haz de electrones incida exactamente en el vaso de Faraday Al mismo tiempo observe el electroscopio Estimaci n de la carga espec fica Cuando el haz de electrones incide exactamente sobre el vaso de Faraday lea los valores de la corriente que circula por el par de bobinas de Helmholtz y la
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