ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO LABORATORIO PRESENCIAL 1 Agosto de 2016

TEMA : MOVIMIENTO DE ELECTRONES EN UN CAMPO ELECTRICO UNIFORME Hipótesis de trabajo: Siempre que un electrón entre a un campo eléctrico uniforme con velocidad perpendicular al campo, describe una trayectoria parabólica.  Preguntas operativas: ¿De dónde y cómo se obtiene los electrones? ¿Cómo se aceleran dichos electrones? ¿Cómo se genera un campo eléctrico uniforme? ¿Cómo se visualiza el movimiento de un electrón? ¿Cómo es prueba cualitativa y cuantitativamente la hipótesis?

TUBO DE RAYOS CATÓDICOS (TRC) EQUIPO TUBO DE RAYOS CATÓDICOS (TRC) Las preguntas operativas 1, 2, 3 y 4 son resueltas si se escoge un Tubo de Rayos Catódicos, el cual es un tubo de vidrio y cuya estructura se puede describir definiendo cuatro zonas fundamentales (figura 1): Zona de calentamiento Zona de aceleración Zona de visualización Zona de deflexión

TUBO DE RAYOS CATÓDICOS (TRC) ZONA DE CALENTAMIENTO ACELERACION ZONA DEFLECTORA VISUALIZACION Figura 1. Visualización de la Estructura del tubo por zonas Fuente: Fotografía tomada por Johnson Garzón R

FUENTES DEL (TRC) Figura 2. Fuentes de voltaje para el tubo de rayos catódicos Fuente: Fotografía tomada por Johnson Garzón R

TUBO DE RAYOS CATÓDICOS Fuente: Fotografía tomada por Johnson Garzón R (TRC) Figura 3. Elementos del tubo que van conectados a las fuentes de voltaje Fuente: Fotografía tomada por Johnson Garzón R

La Zona de calentamiento Zona de calentamiento, compuesta por una fuente de voltaje alterno (6,3 V), un filamento de resistencia eléctrica pequeña. La corriente alterna por efecto Joule calienta el filamento, el cual se encuentra cerca del un material metálico que se denomina cátodo, el filamento caliente transfiere calor al cátodo y por efecto termoiónico, del cátodo se desprenden electrones. Figura 4. Elementos de la zona de calentamiento Fuente: Fotografía tomada por Johnson Garzón R

La Zona aceleradora se compone de una fuente de voltaje d.c. que se conecta a través de cables conductores a dos placas planas paralelas una de ellas se llama cátodo (la que se pone en contacto con el borne negativo de la fuente) y la otra se llama ánodo (en contacto con el borne positivo de la fuente. El cátodo se carga por contacto y el ánodo por inducción, generando un campo eléctrico Uniforme entre ellas.

La Zona aceleradora el electrón se ve obligado a moverse en dirección contraria a dicho campo, acelerándose hacia el ánodo, cuando el ánodo tiene un orificio, puede salir por este con una velocidad final (v), (ver figura 5). Figura 5. Elementos de la zona de aceleración Fuente: Fotografía tomada por Johnson Garzón R

La Zona aceleradora

La Zona aceleradora Figura 6. Esquemático de la conexión para generar el campo eléctrico acelerador

Figura 7. Enfocar los electrones La Zona de visualización Es la parte plana circular del tubo y su recubrimiento de fósforo, el cual cunado es excitado por la colisión de los electrones que se acelera entre cátodo y ánodo, lo hacen emitir fotones (paquetes de energía), es por ello que en la pantalla se vera un punto de luz. Figura 7. Enfocar los electrones

Figura 8. visualizando el punto de luz en pantalla La Zona de visualización bb Figura 8. visualizando el punto de luz en pantalla

La Zona de deflexión El TRC, cuenta con otro par de placas planas paralelas, las cuales al estar cargadas, generan un campo eléctrico uniforme cuya dirección será perpendicular al dirección en que vienen acelerados las electrones que salen por el ánodo, (ver figura 9) Figura 6

La Zona de deflectora Las ecuaciones dinámica en esta zona por el método vectorial son: 𝐹 =𝑚 𝑎 ) (4) Asumiendo que la única fuerza que actúa es eléctrica 𝐹 = 𝐹 𝑒 =𝑞 𝐸 =𝑚 𝑎 (5)   por tanto, 𝑎 𝑦 = −𝑒 𝑚 𝐸 𝑦 (6) como , 𝑬= 𝑽 𝒅 𝒅 , (7) Entonces, 𝑣 𝑦 = 𝑒 𝑉 𝑑 𝑚𝑑 𝑙 𝑣 𝑥 (8) Es la componente y de la velocidad del electrón al salir del campo deflector: Donde, (l), es la longitud de las placas, Vd, es la diferencia de potencial ente las placas deflectoras y Vx, es la velocidad con la cual entra el electrón al campo deflector y está dada por la ecuación 3

Relación entre deflexión, dimensiones del tubo y la velocidad con la cual salen los electrones del campo eléctrico deflector V Figura 7

La Zona de deflexión La dirección del vector velocidad final permite definir que tan 𝜃 = 𝑣 𝑦 𝑣 𝑥 (9)   Usando lo anterior, se llega a una ecuación teórica que relaciona el voltaje acelerador (Va) (entre cátodo y ánodo), el voltaje deflector (Vd), (entre las placas deflectoras), y las dimensiones geométricas del tubo a saber: Sin despreciar ΔL. 𝑉 𝑎 ∗𝐷= 𝐿𝑙 2𝑑 (1+ 𝑙 2𝐿 𝑉 𝑑 (10) Despreciando ΔL. 𝑉 𝑎 ∗𝐷= 𝐿𝑙 2𝑑 𝑉 𝑑 (11)

PRUEBA CUALITATIVA DE LA HIPÓTESIS

PRUEBA CUANTITATIVA DE LA HIPÓTESIS

EL OSCILOSCOPIO DE TRC

EL OSCILOSCOPIO DE TRC

EL OSCILOSCOPIO DE TRC

EL OSCILOSCOPIO DE TRC

MUCHAS GRACIAS!