Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 1 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de la carga específica del electrón.

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1 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 1 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de la carga específica del electrón. Obs. 1897P. N. 1906 Joseph John Thomson Cambridge, Inglaterra b. 1856 d. 1940 "in recognition of the great merits of his theoretical and experimental investigations on the conduction of electricity by gases" Prehistoria de los rayos catódicos. Cuando el origen de la electricidad aún no era bien conocido, ya se usaban tubos de vidrio con un ánodo y un cátodo y se observaban descargas eléctricas en ellos. No hay imagenes de esos primeros pasos. Michael Faraday (1791-1867) observó que una fluorescencia podía observarse entre los electrodos cuando la presión del gas se reducía.

2 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 2 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de la carga específica del electrón. Joseph John Thomson Rayos catódicos 1855 - 1896. 1855 Geissler era un vidriero de la Universidad de Bonn (Alemania). J. Pluecker, le encarga evacuar tubos para estudiar las descargas eléctricas en gases. Heinrich Geissler desarrolla la bomba de vacio de mercurio. Esto permitió hacer buenos tubos de vacio. 1904... suppose that the atom consists of a number of corpuscles moving about in a sphere of uniform positive electrification... Determinación de la carga específica del electrón.

3 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 3 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Bombas de vacío y tubos de Geissler.

4 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 4 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Julius Plücker. 1801 -1868 Matemático y físico. Universidad de Bonn 1858 Plücker observa la influencia de un campo magnético sobre la fluorescencia en las paredes del tubo.

5 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 5 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Johann Wilhelm Hittorf (1824-1914) 1824-1914 1869 J.W. Hittorf observa que un sólido puesto en el camino de los rayos produce una sombra en la fluorescencia del extremo del tubo. Los rayos se propagan en línea recta. Profesor de física y química en la Universidad de Münster, contribuyó poderosamente al desarrollo del electroquímica con innumerables inventos. Descubrió los rayos catódicos con su maestro Plücker con el que estudió también las variaciones del espectro al variar la atmósfera. El tubo de Hittford por él inventado aparece como precursor del tubo de Crookes.

6 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 6 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Sir William Crookes 1832-1919 1875 Crookes mejora mucho el vac í o en los tubos. Reproduce los experimentos the Pl ü cker y Hittford. Introduce obstaculos y molinos en el paso de los rayos.

7 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 7 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Eugen Goldstein 1850-1930 1876 - Introduce el nombre de rayos cat ó dicos para los rayos que salen del c á todo. 1886 - Goldstein perfora el c á todo de un tubo de rayos cat ó dicos y descubre los "rayos canales". Universidad de Berlin.

8 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 8 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP 1862-1947 1892, Phillip Lenard junto con Heinrich Hertz descubren que bajo ciertas condiciones los rayos cat ó dicos pueden penetrar metal. Lenard logra que los rayos cat ó dicos atraviesen una delgada l á mina de metal liviano y salgan del tubo de Crookes. Lenard prob ó que los rayos cat ó dicos no eran un fen ó meno exclusivo del vac í o. "for his work on cathode rays" PN 1905 Determinación de la carga específica del electrón.

9 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 9 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de la carga específica del electrón. Joseph John Thomson 1904... suppose that the atom consists of a number of corpuscles moving about in a sphere of uniform positive electrification... The green phosphorescence is caused by cathode rays and at one time there was a keen controversy as to the nature of these rays. Two views were prevalent: one, which was chiefly supported by English physicists, was that the rays are negatively electrified bodies shot off from the cathode with great velocity; the other view, which was held by the great majority of German physicists, was that the rays are some kind of ethereal vibration or waves.

10 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 10 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Sobre una partícula con carga q que se mueve con velocidad v en en un campo eléctrico y magnético aparece una fuerza F: Si no hay campo magnético aplicado: x y z Placas condensador (L) Pantalla fluorescente Determinación de e/m

11 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 11 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Si no hay campo magnético aplicado: x y z Para medir v x, aplicaba un campo magnético de manera que la F neta sobre la carga sea nula: Con este método, Thomson obtuvo e/m= 1.77x10 11 C/kg (el valor actualmente aceptado para e/m= 1.7588196 x10 11 C/kg). Determinación de e/m

12 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 12 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de e/m

13 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 13 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de e/m

14 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 14 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Rayos X

15 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 15 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Método de Lenard Lenard en 1898 usó un método ligeramente diferente para medir la relación e/m de partículas negativas liberadas por una placa de metal iluminada con luz. Determinación de e/m

16 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 16 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Como determinar R? Determinación de e/m

17 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 17 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de e/m

18 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 18 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de e/m El aparato ha sido posicionado tal que las bobinas son coaxiales con el campo magnético terrestre. En Middlebury, el campo magnético terrestre hace un ángulo de 40 o con la vertical.

19 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 19 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Como vamos a determinar e/m ? El método que vamos a usar se diseño basándose en el experimento de Bainbridge (Phys. Rev. 42, 1 (1932)). Dispositivo experimental Tubo de vidrio lleno con helio a una presión de 10 -2 mm Hg Anodo ~ 6.3 V Cátodo emisor de e - 150-300 V (1/2) m v 2 = eV Determinación de e/m

20 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 20 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Si se hace circular una corriente por las bobinas, los electrones sufrirán una fuerza perpendicular a la dirección de movimiento con magnitud: Puesto que la F es siempre perpendicular a la dirección de movimiento, el camino seguido por los electrones será circular con un radio: R tal que: F = e v B F = mv 2 / R (1/2) m v 2 = eV Combinando estas tres ecuaciones se obtiene: e/m = 2V / B 2 R 2 El campo magnético producido cerca del eje del par de bobinas es: B = N  0 i / (5/4) 3/2 a N: numero de espiras (130), a = radio de las bobinas (15 cm) V: potencial acelerador,  0 = 4  x 10 7, i=corriente. Determinación de e/m

21 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 21 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de e/m Fixed Helmholtz Field Hacerlo para 4 valores de V y para 5 radios Hacerlo para 4 valores de I y para 5 radios ?

22 Física Experimental IV Curso 2009 Experimento 2 Página 22 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de e/m Tareas en relación al experimento 2: G1: Preparar una charla (30 minutos) con la determinación de e/m de los termoelectrones reportada por Hull (Phys. Rev. 18,31 (1921)) G2: Preparar una charla (30 minutos) con la determinación de e/m de la radiación beta reportada por Kaufmann (Physik. Zeits, 4,54 (1902); Ann. Physik 19, 487 (1906)), Bestelmeyer (Ann. Physik, 22, 429 (1907)) Bucherer(Ann. Physik, 28, 513 (1909)). G3: Preparar una charla (30 minutos) con la dependencia del campo magnético con la distancia al centro de las bobinas de Helmholtz. G4: Preparar una charla (30 minutos) con la determinación de e/m de los termoelectrones reportada por Busch ((Physik. Zeits,23,438(1922)). G5: Preparar una charla (30 minutos) con la determinación de e/m de los termoelectrones reportada por Dunnington ((Phys. Rev 42, 734 (1932), 43,404,(1933)).