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DINÁMICA DE UNA PARTÍCULA CARGADA EN UN CAMPO
ELÉCTRICO UNIFORME (C=2,75)
A. D. Diaz T. ID. 000264741 a,
J. F. Mesa O. ID. 000260180 b
L. Z. Arbeláez A. ID. 000270770 c
J. A. Gómez M. ID. 000294160 d
a,b,c,d
Universidad Pontificia Bolivariana, Medellín, Colombia
FORMATO (0,35)
RESUMEN (0,4)
Las interacciones de los electrones que están presentes en la materia son las responsables de
muchos fenómenos que ocurren en la vida cotidiana y la dinámica de estas partículas cargadas
es lo que nos permite conceptualizar la electrización, campo eléctrico, fuerza eléctrica,
conducción. Los tubos de rayos catódicos son útiles para observar y analizar el movimiento de
los electrones.
En el informe se describe como por efecto termoiónico se desprende un electrón y se acelera
con unas placas metálicas mediante una fuente de voltaje para comprobar cómo la dinámica de
la partícula cargada entra en una región con campo eléctrico uniforme.
Se comprueba el experimento de forma cualitativa al observar el movimiento del electrón que
emite luz al colisionar con las partículas del gas y al final el campo eléctrico deflector desvía
la trayectoria de la partícula describiendo una parábola.
Palabras claves: Campo Eléctrico, Campo Eléctrico Uniforme, Electrones, Cátodos, Efecto
Joule, transformación de calor por conducción, Equilibrio Electrostático, Potencial Eléctrico.
1. INTRODUCCIÓN incompleto 0,3
Hoy en día es necesario el movimiento de electrones por medio de campos eléctricos para
muchas de las tareas básicas del hogar como: las estufas eléctricas, planchas, televisores,
microondas, entre otros. En éste informe se presentará una de las aplicaciones de éste concepto
que sería el tubo de rayos catódicos; se verá cómo por medio de una fuente de voltaje alterna
se produce el efecto joule, con el cual se genera una transferencia de calor en el cátodo y se
podrá observar el movimiento de los electrones.
El descubrimiento de los rayos catódicos se produjo durante 1858 y 1859. Posteriormente, en
1897, se determinó la relación entre la carga y la masa de los rayos catódicos, midiendo cuánto
se desvían por un campo eléctrico y la cantidad de energía que llevan. Luego, en 1875 se
inventó el tubo de rayos catódicos, el cual se emplea en monitores, televisores y osciloscopios.
1
2. MODELO TEÓRICO (0,6)
El tubo de rayos catódicos es un dispositivo de visualización que inventó Crookes (18321919) en 1875. Mediante emisión termoiónica una placa metálica caliente o cátodo emite
electrones, que son acelerados por el campo eléctrico existente entre esa placa o cátodo (de
carga negativa) y otra placa o ánodo (de carga positiva). El conjunto conforma un cañón de
electrones y se obtiene un haz fino después de que éstos pasan por una ranura del ánodo. A
partir de ahí los electrones entran en el tubo propiamente dicho y se les aplica, mediante un par
de placas planas paralelas las cuales generan un campo electrico uniforme,unas generan un
campo eléctrico vertical y otras un campo eléctrico horizontal. Finalmente, el haz de
electrones incide sobre una pantalla fluorescente, donde produce un destello de una intensidad
que depende de la del propio haz.
Cada uno de los campos eléctricos aplicados, por ser perpendicular a la velocidad inicial de los
electrones, produce una desviación del haz. Variando la intensidad de estos campos
adecuadamente se puede conseguir la desviación que se desee, tanto vertical como horizontal.
De este modo, se consigue que el haz pueda incidir a lo largo de la pantalla y proporcione a la
misma puntos de intensidad luminosa variable.
Velocidad con la que sale el electron del cátodo:
Campo eléctrico:
Velocidad en y:
Voltaje por deflexión:
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3. DESARROLLO EXPERIMENTAL (0,8)
FALTA UN PARRAFO INICIAL
Los materiales usados en el desarrollo de la práctica fueron:
 Los tubos de rayos catódicos
 El voltímetro
 La fuente de alimentación
Se procedió a encender el voltímetro y a ajustarlo en el rango de corriente alterna, luego se
ubicaron adecuadamente los cables en la fuente de alimentación con sus respectivos voltajes.
El voltaje en el electrodo V1, se ubicó en 8 voltios. El voltaje V2 se tomó de 30 a 50 voltios.
El voltaje de aceleración, se obtiene conectando en serie las salidas de la fuente V3 entre 0 y
300 V, y la fuente de V4 tiene un voltaje fijo de 300 V. Con un suave movimiento de la
perilla, con el cual se midieron de a 3 mm en el cátodo, se tomaron los datos.
4. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN
A continuación se presentan los resultados del procedimiento llevado a cabo en el laboratorio:
Vd (V)
6,3
15,4
21,6
27,7
33,6
41,4
E (V/m)
504
1232
1728
2216
2688
3312
1,5*10^6
3,7*10^6 5,2*10^6 6,7*10^6 8,1*10^6 1,0*10^7
D (mm)
3
6
9
12
15
18
Va*D (vm)
1050
2100
3150
4200
5250
6300
Tabla 1. Dinámica de un electrón en un TRC para las distancias positivas
Vd (V)
-6,7
-12,9
-19,6
-25,8
-32,1
-38,3
E (V/m)
-53,6
-1032
-1568
-2064
-2568
-3064
-1,6*10^6
-3,1*10^6
-9,5*10^6
-1,2*10^7
-1,5*10^7
-1,9*10^7
-3
-6
-9
-12
-15
-18
-2100
-3150
-4200
-5250
-6300
D (mm)
Va*D (vm) -1050
Tabla 2. Dinámica de un electrón en un TRC para las distancias negativas
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Vd
Va*D
6,3
1050
15,4
2100
21,6
3150
27,7
4200
33,6
5250
41,4
6300
-6,7
-1050
-12,9
-2100
-19,6
-3150
-25,8
-4200
-32,1
-5250
-38,3
-6,300
Vd-Va*D
y = 157,31x - 138,95
Va*D
8000
6000
4000
-50
-40
-30
-20
0
-10
0
-2000
Vd
2000
10
20
30
40
50
-4000
-6000
-8000
Gráfica 1. Vd-Va*D
La prueba cuantitativa de la hipótesis se da en la ecuación de la pendiente que la gráfica de
Vd–Va*D arroja. La ecuación para el voltaje acelerador que pasa a través de la separación
entre las placas es:
y = 157,31x – 138,95
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Donde el coeficiente de Vd y la constante proporcionan el valor equivalente a Va*D.
NO HAY ANÁLISIS DE RESULTADOS (0,0)
5. CONCLUSIÓN (0,3)
El tubo de rayos catódicos permite y da la posibilidad de observar el comportamiento y el
movimiento de los electrones a través de campos eléctricos uniformes. Esto hace posible su
uso para la tecnología y las distintas aplicaciones que hacen posible el entretenimiento del ser
humano como los televisores y los monitores.
REFERENCIAS
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electric/elefie.html
http://www.fisicapractica.com/campo-electrico.php
http://fisica-teleco.blogspot.com.co/
http://intercentres.edu.gva.es/iesleonardodavinci/Fisica/Campo-electrico/Electrico12.htm
http://www.ecured.cu/Emisi%C3%B3n_termoi%C3%B3nica
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