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Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Joseph John Thomson Rayos catódicos Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 1 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. Obs. 1897 P. N. 1906 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" Michael Faraday (1791-1867) observó que una fluorescencia podía observarse entre los electrodos cuando la presión del gas se reducía. Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Rayos catódicos Joseph John Thomson Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 2 Rayos catódicos 1855 - 1896. 1855 Geissler era un vidriero de la Universidad de Bonn (Alemania). 1904 ... Supuso que el átomo consistía de corpúsculos negativos moviendose en una esfera de electricidad positiva... 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. Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Bombas de vacío y tubos de Geissler . Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 3 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Julius Plücker. Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 4 Matemático y físico. Universidad de Bonn 1801 -1868 1858 Plücker observa la influencia de un campo magnético sobre la fluorescencia en las paredes del tubo. Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Johann Wilhelm Hittorf (1824-1914) Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 5 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. 1869 1824-1914 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. Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Sir William Crookes 1832-1919 1875 Crookes mejora mucho el vacío en los tubos. Reproduce los experimentos the Plücker y Hittford. Introduce obstaculos y molinos en el paso de los rayos. Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 6 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Eugen Goldstein Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 7 Universidad de Berlin. 1850-1930 1876 - Introduce el nombre de rayos catódicos para los rayos que salen del cátodo. 1886 - Goldstein perfora el cátodo de un tubo de rayos catódicos y descubre los "rayos canales". Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Phillip Lenard Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 8 PN 1905 "for his work on cathode rays" 1862-1947 1892, Phillip Lenard junto con Heinrich Hertz descubren que bajo ciertas condiciones los rayos catódicos pueden penetrar metal. Lenard logra que los rayos catódicos atraviesen una delgada lámina de metal liviano y salgan del tubo de Crookes. Lenard probó que los rayos catódicos no eran un fenómeno exclusivo del vacío. Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de la carga específica del electrón. Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 9 La fosforescencia verde es causada por los rayos catódicos en su interacción con el vidrio. Hubo una gran cortroversia sobre la naturaleza de estos rayos. Dos opiniones prevalecieron: 1904 ... suppose that the atom consists of a number of corpuscles moving about in a sphere of uniform positive electrification... Una, sostenida por los físicos ingleses era que los rayos eran cuerpos negativamente cargados disparados por el cátodo con gran velocidad. La otra visión, sostenida por la mayoría de los físicos alemanes, era que los rayos eran algún tipo de vibración etérea u onda. Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de e/m Placas condensador (L) Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 10 Pantalla fluorescente Sobre una partícula con carga q que se mueve con velocidad v en en un campo eléctrico y magnético aparece una fuerza F: F q( E v B) Si no hay campo magnético aplicado: z Fz eEz y x e e L vz Ez t Ez m m vx Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de e/m Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 11 Si no hay campo magnético aplicado: z y x Fz eEz e e L vz Ez t Ez m m vx vz tg vx e L tg E z 2 m vx Para medir vx, aplicaba un campo magnético de manera que la F neta sobre la carga sea nula: Ez eEz evx By vx By e Ez tg ( ) 2 m LBy Con este método, Thomson obtuvo e/m= 1.77x1011 C/kg (el valor actualmente aceptado para e/m= 1.7588196 x1011 C/kg). Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de e/m L D z1 z2 1 eE z z1 2 m Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 12 L vx 2 z2 tg D Ez vx By 1 eE z z1 z 2 2 m L vx 2 e L e L L D E z 2 E z 2 D m m vx vx 2 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de e/m Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 13 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de e/m Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 14 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. 1 2 2eV 2 mv eV v 2 m v2 m evB R e 2V 2 2 m R B Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de e/m Como determinar R? Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 15 d1 Rsen d2 R(1 cos ) d1 d 2 2 R 2 (1 cos ) 2 Rd 2 2 2 d1 d 2 R 2d 2 2 2 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Rayos X Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 16 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 17 Determinación de e/m 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 Cátodo emisor de e- 150-300 V Anodo ~ 6.3 V (1/2) m v2 = eV Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de e/m Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 18 (1/2) m v2 = eV Si se hace circular una corriente por las bobinas, los electrones sufrirán una fuerza perpendicular a la dirección de movimiento con magnitud: F = e v B 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 = mv2 / R Combinando estas tres ecuaciones se obtiene: e/m = 2V / B2R2 El campo magnético producido cerca del eje del par de bobinas es: B = N0i / (5/4)3/2a N: numero de espiras (130), a = radio de las bobinas (15 cm) V: potencial acelerador, 0 = 4 x 107, i=corriente. Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de e/m Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 19 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 40o con la vertical. Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 20 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP • • Determinación de e/m Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 21 Universidad Middlebury La Universidad Middlebury (Middlebury College) es una universidad privada ubicada en Middlebury, Vermont, Estados Unidos. Es una de las universidades más rigurosas en los EEUU Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 22 Determinación de e/m V Fixed Helmholtz Field R2 Hacerlo para 4 valores de V y para 5 radios Hacerlo para 4 valores de I y para 5 radios Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Espectroscopía atómica Posibles transiciones en el átomo de He. Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 23
