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INFORME DE LABORATORIO PRÁCTICA 1 - DINÁMICA DE UN ELÉCTRON
EN UN CAMPO ELÉCTRICO UNIFORME
C= 2.65
Formato (0,25)
INTEGRANTES:
Mariana Escobar Rojas
Levid Enrique German Rivera
Diego Alejandro Echeverri Blandón
Dubian Arley Gómez Franco
PROFESORA:
Maria Luz Aida Sabogal Tamayo
Centro de Ciencia Básica – Área de Física
Electricidad y Magnetismo
Universidad Pontificia Bolivariana
Antioquia - Medellín
2016
RESUMEN (0,25)
En ésta práctica pudimos observar y analizar de manera experimentar la dinámica de una
partícula cargada en una región con campo eléctrico uniforme, que describe una trayectoria
de forma parabólica, ya que se deflacta debido a que entra con velocidad perpendicular a la
dirección del campo.
Para llevar a cabo ésta práctica de la mejor manera se usó los instrumentos necesarios para
lograr visualizar de manera correcta la interacción entre un electrón con un campo eléctrico,
las herramientas más importantes son el tubo de rayos catódicos con su soporte y sus
fuentes de alimentación, además de la fuente que causa la desviación de la trayectoria, se
usan placas planas que se ubican paralelas, éstas se cargan por medio de una fuente voltaica
para generar el campo eléctrico que va desde la placa positiva a la negativa, se deben
configurar de forma correcta los alimentadores del tubo, ya que son los que proporcionan la
energía eléctrica necesaria para que el usuario pueda observar claramente las distintas
posiciones del electrón en dicho campo. Como se asume que el electrón tiene velocidad
inicial 0, la velocidad con la que sale el electrón del ánodo se puede calcular por medio de
la dinámica de partículas, la fuerza que causa la deflexión se calcula teniendo en cuenta la
carga del electrón y se usa cierto material para ver el electrón por medio de un punto de luz.
Por medio de varios cálculos y análisis se prueba la trayectoria que provoca el campo
eléctrico deflector, además de obtener una cantidad cuantitativa del campo eléctrico
provocado por las placas y la velocidad del electrón.
INTRODUCCIÓN (debe ir numerada) incompleta (0,3)
En éste artículo de laboratorio se planteará la dinámica de un electrón en un campo
eléctrico uniforme, en el cual se relacionan las variables de dirección, velocidad,
trayectoria, aceleración, la energía producida y cómo éste logra electrizar la materia.
Cada una de las variables que se tuvieron en cuenta para ésta práctica se originan a partir de
la interacción de un electrón con un campo eléctrico, donde el campo ejerce una fuerza
dada por un producto vectorial sobre el electrón, llevándolo a experimentar todos y cada
uno de éstos factores, donde a su vez se ocasionan desplazamientos contrarios al campo
eléctrico, dándole origen a movimientos físicos como el movimiento parabólico que realiza
el electrón cuando colisiona con un campo eléctrico deflector, formando ángulos y
magnitudes vectoriales. Además en ésta práctica se analiza cómo todas las características
teóricas antes mencionadas se ven reflejadas experimentalmente, el desplazamiento, la
trayectoria que realiza la carga y todo lo que esto implica.
MODELO TEÓRICO (debe ir numerada) (se coloca es el nombre del modelo) (0,3)
Ecuaciones
𝐸𝑑 =
𝑉𝑑
(1)
𝑑
2𝑒∆𝑉
𝑉𝑥 = √
𝑚
(2)
𝑉𝑥 = √
2 (1,602 𝑥 10−19 )(350𝑉)
(9,109 𝑥 10−31 )
𝑉𝑦 = (𝑒
𝑉𝑑
𝑚𝑑
𝑙
)( )
𝑉𝑥
(3)
𝑉𝑑
1
𝑉𝑦 = (1,602 10−19 ) (
)(
)
(9,109 𝑥 10−31 )(1,25 𝑥 10−2 ) 11,1 𝑥 106
tan 𝜃 =
𝑉𝑦
𝑉𝑥
(4)
𝐿𝑙
𝑉𝑎 ∗ 𝐷 = ( ) 𝑉𝑑
(5)
2𝑑
𝐹 = 𝑞𝐸
Vd (V)
(6)
4
9,5
15
20
26,8
30
-5,3
320
760
1200
1600
2104
2400
-424
Vy (m/s)
5
12
19
25
33,9
38
-6,7
-11,7
-18,1
-24
-31,6
-39,5
D (mm)
3
6
9
12
15
18
-3
-6
-9
-12
-15
-18
1,05
2,1
3,15
4,2
5,25
6,3
-1,05
-2,1
-3,15
-4,2
-5,25
-6,3
E (V/m)
Va * D (vm)
Va (v) = 350
l (cm) = 2
d (cm) = 1,25
-9,3
-14,3
-19
-25
-31,2
-744 -1144 -1520 -2000 -2496
L (cm) = 10
DESARROLLO EXPERIMENTAL (debe ir numerada) (0,5)
En este experimento vamos a observar cómo un rayo de electrones que sale con
movimiento rectilíneo uniforme es sometido a un campo deflector y su movimiento cambia
describiendo una trayectoria parabólica. Para esto usamos un tubo de rayos catódicos (del
cual desprenderemos los electrones) el tubo se debe calentar, para este caso usamos una
fuente de 6.3v calentada de una manera indirecta. Este tubo está unido a dos ánodos con
forma de disco y un espacio en la mitad, por el cual pasará el rayo de electrones. Cuando el
tubo de rayos catódicos empieza a desprender electrones, lo menos probable es que los
desprenda directamente por los espacios de los discos, por eso se usan cargas eléctricas
para desviar los electrones y hacer que pasen por la mitad de estos dos discos y pase a las
placas aceleradoras.
Estos electrones se hacen chocar con una pared recubierta de fosforo en la cual, al
colisionar los electrones, nos producirán una pequeña luz, y así poder darnos cuenta en qué
parte están colisionando los electrones. Para poder que estos electrones choquen contra la
pared y hacer el experimento necesitamos que el electrón tenga cierta velocidad, por eso al
ser deprendido pasa por dos placas paralelas que tienen una carga de 350v, la cual la va a
acelerar el rayo de electrones, después de esto se calibra la pantalla y cuando el campo
deflector es igual a 0 se toma como punto de referencio (0,0). Luego se le aplica un campo
deflector y con esto el punto de luz cambiará su posición, esto lo hacemos 12 veces (6 en la
dirección i y 6 en la dirección –i), luego de esto tomamos el número que indica el campo
deflector y con esto haremos los respectivos cálculos.
Incompleto: en este punto van las tablas, gráficas, cálculos, se encuentran las ecuaciones
empíricas y se hacen los diferentes cálculos de incertidumbres y discrepancias
ANÁLISIS DE RESULTADOS (debe ir numerada) (0,6)
El proceso de laboratorio realizado nos permite dar respuesta al problema propuesto: Si se
coloca como voltaje acelerador un valor de 50 V mayor que el anterior, y se quiere que el
electrón se deflacte 9mm en la pantalla, ¿Cómo debe ser ahora el campo eléctrico deflector:
mayor, menor o igual? Explique el porqué de su respuesta. Luego verifíquela
experimentalmente.
Es mayor porque el campo y el voltaje son directamente proporcionales.
𝑉𝑎 = 450𝑉
𝐸𝑑 =
𝑉𝑑
𝑑
𝐸𝑑 =
22 𝑉
1,25 𝑥 10−2
𝐸𝑑 = 1760
𝑉
𝑚
A lo largo de éste proceso hubo una gran cantidad de herramientas y métodos
proporcionados para que se pudiera realizar de la mejor manera ésta práctica, y lo más
importante, para probar la trayectoria parabólica que describe un electrón al chocar con un
campo eléctrico que produce su deflexión. Con los respectivos cálculos se obtuvieron los
resultados de las velocidades, valor cuantitativo del campo y demás valores necesarios para
demostrar la interacción de las partículas cargadas (electrones) con los campos provocados
por fuentes de voltaje. Fórmulas físicas nos permitieron calcular el campo eléctrico en 12
diferentes puntos de encuentro del electrón con la pared que lo reflejaba y de allí se denotan
valores positivos y negativos, de acuerdo a la posición con respecto al punto tomado como
origen, la carga transmitida a las placas y al tubo de rayos catódicos brinda gran
información para llegar a las deducciones mostradas en el marco teórico. Este proceso fue
un gran paso de demostración física de fenómenos indicados previamente de manera teórica
y para el observador fue de gran ayuda para dar respuesta a preguntas realizadas previo y la
práctica y resueltas en el transcurso de ésta.
CONCLUSIONES (debe ir numerada) (0,45)
Como resultado de la práctica en el laboratorio del tema “dinámica de un electrón en un
campo eléctrico uniforme, se pudo entender todas las aplicaciones y factores que éste puede
desarrollar, además las diferentes formas en las que se puede visualizar de manera
experimental, también se pudo comprender el comportamiento de un electrón como tal en
algunos factores y se obtuvieron algunos resultados como:
-
El electrón no tiene movimiento en el eje z debido a que la fuerza que ejerce el
campo eléctrico deflector sobre el electrón es perpendicular a la velocidad de éste,
la cual es producida por el campo eléctrico que producen el ánodo y el cátodo, que
en este caso son las placas cargadas por inducción y contacto.
-
La velocidad inicial del electrón se tomó como si fuera 0, así se facilita el cálculo de
la fuerza del campo y la velocidad con la que colisiona con el campo deflector.
-
Debido a la carga de las placas y la dirección del campo eléctrico, el electrón va en
dirección contraria al campo eléctrico ya que se acelera desde el cátodo (placa
cargada positivamente) hasta el cátodo (placa cargada negativamente).
BIBLIOGRAFÍA
- (s.f.). Obtenido de
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/teoria/A_Franco/elecma
gnet/mov_campo/mov_campo.html#Movimiento en un campo eléctrico.
- Zemansky, S. (2009). Física universitaria con física moderna (12 ed., Vol. 2). Young
Freedman.
- Documentos
proporcionados por parte del docente.