33 O efeito de um campo magnético no movimento de partículas carregadas

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O efeito de um campo magnético no movimento de partículas carregadas
Objetivo
Investigar o efeito de um campo magnético no movimento de partículas carregadas.
Introdução
Partículas carregadas em repouso não são afetadas por campos magnéticos. No entanto, ao entrarem em movimento, elas são desviadas de suas trajetórias por um campo magnético. A descoberta de que
elétrons em movimento são afetados por imãs foi essencial e ocorreu somente na virada do século XX.
Atualmente, muitos equipamentos utilizam esse conhecimento, desde motores elétricos até televisões.
Nos tubos de raios catódicos, por exemplo, imãs são utilizados para deslocar o fl uxo de elétrons. A
tela brilha assim que elétrons a atingem. Da mesma maneira, os campos magnéticos da Terra desviam as
partículas com carga do Sol. Neste experimento, você vai estudar o efeito de um campo magnético sobre
diferentes tipos de partículas carregadas.
Habilidades em foco
Observar, fazer previsões, elaborar hipóteses, tirar conclusões, aplicar conceitos.
Procedimento
Inicie o Virtual Physics e selecione The Effect of a Magnetic Field on Moving Charges na lista de
experimentos. O programa vai abrir a bancada de física quântica (Quantum).
O efeito de um campo magnético no movimento de partículas carregadas
O experimento está montado sobre a mesa. O canhão de elétrons (Electron Gun), à esquerda da
mesa, é a fonte de elétrons. Qual é a carga dos elétrons?
Carga elétrica negativa.
A tela de fósforo (Phosphor Screen), que detecta partículas com carga, está à direita. Ligue a
tela de fósforo apertando o botão verde-vermelho (On/Off ). O que você observa? O que isso
demonstra?
Observamos os elétrons chegando a tela de fósforo.
Observando Arraste a janela do laboratório para baixo e para esquerda, e a janela da tela de fósforo para cima e para direita, diminuindo a sobreposição. Aperte o botão (Grid) na tela de fósforo. Ajuste o campo magnético (Magnetic Field) para 30 μT (microtesla), apertando três vezes o botão acima do dígito da dezena (cuidado para não clicar entre os dígitos, isso muda a posição do ponto decimal; para mudar o ponto decimal de volta, clique onde ele estava originalmente). O que acontece com o ponto iluminado na tela de fósforo?
Percebemos o ponto luminoso deslocar-se para direita.
Fazendo previsões O que aconteceria com o ponto iluminado se a voltagem dos elétrons
emitidos aumentasse? Por quê?
Veríamos uma menor influência do campo magnético sob os elétrons.
Observando Aumente a voltagem do canhão de elétrons clicando acima do dígito da centena no visor correto (o segundo da esquerda para a direita). Você não está aumentando o número de elétrons emitidos e sim a energia potencial dos elétrons emitidos. O que acontece com o ponto iluminado na tela de fósforo quando a voltagem é aumentada? Por quê?
Percebemos o ponto mover-se em menor proporção em relação ao centro da tela por haver menor influência do campo magnético sob os elétrons em maior intensidade.
Fazendo previsões O que aconteceria com o ponto iluminado se você aumentasse a intensidade do campo magnético que o feixe de elétrons atravessa? Por quê?
Se aumentássemos o campo veríamos uma maior influência sobre os elétrons que ali passam.
Teste sua previsão. Em seguida, clique nos dígitos para zerar o campo magnético, de modo que o ponto iluminado volte à região central da tela de fósforo. Arraste o canhão de elétrons para o balcão do almoxarifado (Stockroom). Clique no almoxarifado para entrar e clique duas vezes no canhão de elétrons para devolvê-lo à prateleira. Clique duas vezes na fonte de partículas alfa (Alpha Source) para selecioná-la ou arraste-a para o balcão. Clique na seta verde Return to Lab para voltar à bancada. Arraste a fonte de partículas alfa até a mesa e coloque-a onde estava o canhão de elétrons. Clique na fonte de partículas alfa para iniciar a emissão. O que aparece na tela de fósforo? Qual a carga das partículas alfa?
Verificamos a presença de um ponto central na tela de fósforo e suas cargas são positivas.
Mude a unidade do campo magnético de μT para mT (militesla) clicando no botão acima da unidade. Clique três vezes no botão acima do dígito da centena para ajustar o campo magnético para 300 mT. Esse campo magnético é mil vezes mais forte do que o campo magnético utilizado anteriormente com o feixe de elétrons. Para qual direção se deslocou o ponto iluminado na tela de fósforo?
Percebemos o ponto na tela deslocar-se para a direita conforme se aumenta o campo magnético.
Compare a direção desse movimento com a direção do movimento do feixe de elétrons no campo magnético?
Os elétrons se deslocavam para a direita, já as cargas positivas deslocam-se no sentido contrário.
Elaborando hipóteses Uma partícula carregada em repouso não seria afetada pelo campo magnético. Então, por que as partículas em movimento são afetadas?
Podemos concluir que as partículas são afetadas pela força magnética diretamente proporcional em relação a sua carga, intensidade, velocidade e ao campo magnético e seu Seno formado em relação a direção do campo e da partícula que se move.
Tirando conclusões Por que é necessário um campo magnético significativamente mais forte para mover as partículas alfa em relação ao feixe de elétrons?
Porque as partículas Alpha possuem mais massa e carga.
Aplicando conceitos Quais tecnologias ou aplicações relacionam eletricidade e magnetismo? Descreva o processo físico. 
Podemos encontrar tal tecnologia e princípios de funcionamento em televisores de tubo sendo aplicados campos elétricos e magnéticos para demonstração da imagem na tela da TV como na tela de fósforo do experimento.