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Fundamentos de Electromagnetismo
PRÁCTICA 2: TUBO DE RAYOS CATÓDICOS
1.1. OBJETIVO GENERAL:
Estudiar el movimiento de partículas cargadas en un campo eléctrico uniforme
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Conocer los elementos básicos de un tubo de rayos catódicos y su funcionamiento.
- Observar y comprobar la aceleración y deflexión de electrones en un campo eléctrico.
- Calcular el campo eléctrico generado por dos placas cargadas
- Iniciar un acercamiento al osciloscopio como instrumento de medición
2. PREINFORME
2.1 Base Teórica: Presentar una síntesis de los siguientes temas:
 Movimiento de cargas en campos eléctricos uniformes
 Dinámica de la partícula (carga eléctrica) en sistemas conservativos, por el método de
conservación de la energía
 Dinámica de la partícula (carga eléctrica) en campos eléctricos uniformes, por el método
vectorial.
 Efecto termo-iónico
 Tubo de rayos catódicos
2.2 Ejercicio a realizar antes de la práctica:
2.2.1 Un protón es proyectado en la dirección positiva de x, al interior de una región de un
campo eléctrico de 2000N/C, en dirección menos y. El protón entre por el centro de dos
placas paralelas cargadas (que son las que generan dicho campo eléctrico), de longitud
2.5cm y separadas 10 cm. Si la rapidez con la que entra el protón es de 4,00x106 m/s.
Describa la trayectoria del protón?, con que placa impactará, dónde impactará en relación
con el punto de partida?. Cuál es la velocidad al momento del impacto?. ¿Cómo cambiaría
el ejercicio si se cambia el protón por un electrón?
2.2.2 A partir del análisis dinámico y cinemático del movimiento de un electrón en un tubo
de rayos catódicos, encuentre el modelo de cálculo que relacione el voltaje acelerador, la
deflexión que sufre el electrón, el voltaje de deflexión y las dimensiones geométricas de las
placas.
3. EQUIPO Y MATERIALES:
POR FAVOR: NO CONECTE LAS FUENTES A LOS TOMAS,
PROFESOR HAYA REVISADO TODAS LAS
HASTA QUE EL
CONEXIONES. TAMPOCO TRATE
DE ENDEREZAR EL TUBO, EN ÉSTE Y POR DISEÑO, LAS PLACAS
DEFLECTORAS NO QUEDAN NI PARALELAS, NI VERTICALES.
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



Tubo de rayos catódicos “Tubo de Braun”

(referencia No 06986.01)

Fuente regulada de alimentación para el
tubo, de 0 a 300V (referencia No 117252.93)
Soporte en A con varilla cuadrada y doble nuez
Osciloscopio


Soporte para el tubo
Fuente para alimentar las placas
deflectoras (referencia No 06986.93)
Cables conectores
Generador de Onda
4.1 MONTAJE: Descripción del equipo y recomendaciones
Realice el montaje que se ve en la figura 1.
B
C
D
A
Figura 1.
Figura 1. Montaje Completo: A) fuente múltiple, B) soporte para el tubo, C) tubo de Braun y D) fuente de
desviación
DESCRIPCIÓN DEL TUBO DE RAYOS CATÓDICOS TRC:
El tubo de rayos catódicos o tubo de Braun, es una ampolla de vidrio transparente, que
permite ver todas las unidades funcionales del tubo, como se esquematizan en la figura 2.
1) Cátodo (emisión de electrones)
2) Rejilla embudo
3) Rejilla de enfoque (electrodo auxiliar
4) Rejilla aceleradora: ánodo
5).Placas de deflexión
5) Pantalla recubierta de fósforo
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Figura 2. Esquema del TRC
El cátodo se calienta indirectamente por medio de una fuente V 5 , de 6,3 v (AC). El
tubo tiene un ánodo o electrodo auxiliar y un ánodo, estos dos últimos tienen la
forma de discos con un orificio central para el paso del rayo electrónico. Las placas
de desviación se hallan unidas ente sí y con el ánodo mediante un circuito de alta
resistencia óhmica. La alimentación para el cátodo, los ánodos y las placas de
desviación tiene lugar a través del soporte (B) para tubos electrónicos.
Los voltajes para el funcionamiento del tubo se toman de la fuente de alimentación
múltiple (A). El voltaje en el electrodo auxiliar V1, debe ser de 8 a 10 voltios y se
selecciona de modo que resulte un buen efecto luminoso. El voltaje V2 apropiado, en
el electrodo auxiliar, está entre 30 y 50 voltios. El voltaje de aceleración, se obtiene
conectando en serie las salidas de la fuente V 3 entre 0 y 300 V, y la fuente V4 tiene
un voltaje fio de 300 V, (ver figura 3. ) .
Algunos datos de importancia del tubo (C), son: Distancia de separación de las
placas (d), es 12mm en un extremo y 13 mm en el otro extremo, la longitud de las
placas (l), es de 22 mm. La distancia entre la parte final de las placas y la pantalla es
de 14 cm. El tubo de Braun, tiene una atmósfera de argón fluorescente, que hace
visible la trayectoria del haz de electrones.
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Fuente D
Soporte del tubo B
Fuente
Múltiple A
V1
V2
V3 V4
Figura 3. Esquema para las conexiones
No olvide que para el tubo nuevo debe medir los valores de L, l y la distancia
de separación de placas (d).
5. PROCEDIMIENTO:
Después de realizar el montaje como se muestra en la figura 1 y verificar las
conexiones que se describen en la figura 3, Haga lo siguiente:

Obtención de un fino punto luminoso:
Escoja en la fuente múltiple A, un voltaje V1 de 8 voltios, un voltaje V2 de 30 voltios,
para obtener en la pantalla un punto bien enfocado. Elija un voltaje acelerador V a
de 330 voltios

Ubique el sistema de referencia en la pantalla del tubo, para lo cual debe prender
la fuente D (voltaje que se conecta internamente a las placas del tubo) y mirar la
dirección de movimiento del punto luminoso, Note que al variar Vd, el punto se
mueve en la pantalla. Tome el origen en el punto luminoso cuando Vd sea cero.

coloque el acetato milimetrado de tal forma que un eje sirva como línea de
movimiento y fíjelo con cinta a la pantalla

Desde la fuente D coloque varios voltajes Vd positivos y negativos y para cada
uno de ellos, anote el valor correspondiente de la desviación de los electrones
(D) y lleve los datos a la tabla 1,
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
Repita lo anterior para otro valor de voltaje Va = 350v y llene la tabla 2 . Tenga
en cuenta que es probable que deba variar un poco los voltajes V1 y v2 para
enfocar el haz.

Funcionamiento del osciloscopio y comparación con el tubo de rayos
catódicos. Coloque el osciloscopio en función XY e ingrese por un canal una
señal cuadrada y luego una senoidal, observe la visualización en la pantalla y
explique lo sucedido.
6. INFORME:

Realice los cálculos necesarios para llenar las tablas.

A partir de la comparación entre los datos de las dos tablas responda la siguiente
pregunta: ¿Para que un electrón más energético se deflecte un valor D, cómo
debe ser el campo eléctrico deflector y por qué?

Grafique los datos de la tabla 1 y la tabla 2, colocando en el eje vertical los datos
de la tercer columna y en el eje horizontal los datos de la primer columna. Halle
la ecuación empírica de las gráficas.

Compare las pendientes de las gráficas con la pendiente del modelo teórico y
haga el respectivo análisis de discrepancia.

Qué botones del osciloscopio y
del tubo de rayos catódicos desempeñan
idénticas funciones?
TABLA 1: Desviación eléctrica de electrones
Va (V) = ____________
Vd (V)
D (m)
Va * D (V m)
(Va = V3+V4)
CAMPO ELECTRICO
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TABLA 2: Desviación eléctrica de electrones
Va (V) = ____________
Vd (V)
D (m)
Va * D
(Vm)
(Va = V3+V4)
CAMPO ELECTRICO
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