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Laboratorio de Física de Electromagnetismo. Relación Carga-Masa del Electrón. Vanegas.
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RELACIÓN CARGA-MASA DEL
ELECTRÓN
Vanegas Vanessa – 257548
[email protected]
Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá
Facultad de Ciencias
Departamento de Física
Laboratorio de Física de Electromagnetismo
Viernes 11am – 1pm
Mayo 14 de 2010
RESUMEN
n el siguiente artículo, se hace una breve descripción del electrón, qué es y algunos experimentos realizados teniendo
como punto central dicha partícula, la relación carga masa del electrón, haciendo referencia a los experimentos
realizados por J. J. Thomson, la maquina e/m, sus componentes y funcionalidad, teniendo en cuenta que esta
máquina proporciona mediciones exactas de la relación entre la carga y la masa del electrón, reproduciendo el experimento
realizado po r J. J. Thomson
E
El Electrón
Tipo de partícula elemental de carga negativa que forma
parte de la familia de los leptones y que, junto con los
protones y los neutrones, forma los átomos y las
moléculas. Los electrones están presentes en todos los
átomos y cuando son arrancados del átomo se llaman
electrones libres.
Los electrones intervienen en una gran variedad de
fenómenos físicos y químicos. Se dice que un objeto está
cargado eléctricamente si sus átomos tienen un exceso de
electrones (posee carga negativa) o un déficit de los
mismos (posee carga positiva). El flujo de una corriente
eléctrica en un conductor es causado por el movimiento
de los electrones libres del conductor. La conducción del
calor también se debe fundamentalmente a la actividad
electrónica. El estudio de las descargas eléctricas a través
de gases enrarecidos en los tubos de vacío fue el origen
del descubrimiento del electrón. En los tubos de vacío,
un cátodo calentado emite una corriente de electrones
que puede emplearse para amplificar o rectificar una
corriente eléctrica. Si esa corriente se enfoca para formar
un haz bien definido, éste se denomina haz de rayos
catódicos. Si se dirige el haz de rayos catódicos hacia un
objetivo adecuado se producen rayos X; si se dirigen
hacia la pantalla fluorescente de un tubo de televisión, se
obtienen imágenes visibles. Las partículas beta que
emiten algunas sustancias radiactivas son electrones.
Los electrones también intervienen en los procesos
químicos. Una reacción química de oxidación es un
proceso en el cual una sustancia pierde electrones, y una
reacción de reducción es un proceso en el cual una
sustancia gana electrones.
En 1906, el físico estadounidense Robert Andrews
Millikan, mediante su experimento de “la gota de aceite”,
determinó la carga del electrón: 1,602 × 10-19 culombios;
su masa en reposo es 9,109 × 10-31 kg. La carga del
electrón es la unidad básica de electricidad y se considera
la carga elemental en el sentido de que todos los cuerpos
cargados lo están con un múltiplo entero de dicha carga.
El electrón y el protón poseen la misma carga, pero,
convencionalmente, la carga del protón se considera
positiva y la del electrón negativa.
Relación e/m del Electrón
En 1897 Joseph J. Thomson determinó la relación
carga/masa (e/m) del electrón estudiando la desviación de
los rayos Catódicos por los campos eléctrico y
magnético.
e/m = -1.75 x 108 coulomb/gramo
En 1909 Robert A. Millikan determinó la carga del
electrón que resultó ser:
e = -1.602 x 10-19 Coulomb
Al contar con el valor de e/m y con el de e, fue posible
obtener el valor de m (masa del electrón) que resultó ser:
me = 9.1096 x 10-28 g
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acelera electrones, formando un haz que
constituye un rayo electrónico.
La Maquina e/m
La máquina de e/m es un aparato que reproduce una
versión de prueba histórica del experimento realizado por
J. J. Thomson en 1987, proporcionando una medida
exacta de la relación carga-masa del electrón.
Componentes

Esfera de helio: Se requiere una ampolla
esférica de vidrio, llena de helio a una baja
presión (10-2 mm Hg), la cual posee en su
interior un cañón electrónico que origina un haz
de electrones.
Función: Este haz de electrones en su trayecto
colisionan con los átomos de Helio,
excitándolos. Dicho proceso deja una traza
visible en la esfera. El resultado es una cierta
luminiscencia en la región del gas alcanzada por
la trayectoria de los electrones.

Cañón electrónico: El cañón electrónico es una
disposición de electrodos que libera, concentra y
Función: La liberación de electrones se produce
cuando un material alcanza suficiente
temperatura como para que algunos de sus
electrones periféricos adquieran suficiente
energía como para «saltar», librándose de la
atracción atómica. Esto se realiza por lo general
en un filamento metálico (similar al de una
bombilla de alumbrado) que a la temperatura de
incandescencia a la que funciona produce este
efecto -efecto Edison- y actúa como cátodo.
Otra placa próxima cuyo potencial sea superior
al del cátodo, constituye el ánodo, y atrae hacia
sí los electrones acelerándolos. Un pequeño
orificio en el ánodo puede ser suficiente para
que cierto número de electrones se escapen de la
estructura con una velocidad controlada por el
potencial de este ánodo.

Bobinas de Helmholtz: consiste en una pareja
de bobinas idénticas colocadas paralelamente
con una distancia entre ellas igual al radio de
cada una. De esta manera se consigue un campo
magnético muy uniforme en la zona central.
Función: Las bobinas de Helmhotz de este
dispositivo tienen un radio y separación de 15
cm y 130 vueltas cada una. El campo magnético
producido por las bobinas es proporcional a la
corriente que circula por ellas, cumpliendo 𝐵 =
7.8 ∗ 10−4 𝐼 .
Funcionamiento
Un rayo de electrones es acelerado a través de una carga
conocida, así la velocidad de los electrones es conocida.
Un par de bobinas de Helmhotz produce un campo
magnético uniforme en el centro de la esfera de helio.
Este campo magnético desvía el rayo de electrones en un
camino circular produciendo un haz de luz.