Experimento - 29 - O efeito de um campo elétrico no movimento de partículas carregadas

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O efeito de um campo elétrico no movimento de partículas carregadas
 
 
29
Objetivo
Investigar os efeitos estáticos de campos elétricos no movimento de diversas partículas carregadas.
Introdução
Assim que os cientistas começaram a investigar as propriedades dos átomos, eles descobriram que era possível extrair partículas carregadas negativamente e as chamaram de elétrons. Para entender a natureza dessas partículas, os cientistas precisavam saber quanta carga elas carregavam e qual era seu peso. J. J. Thomson foi um professor de física no renomado Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge. Em 1897, Thomson demonstrou que era possível determinar a razão entre a carga e a massa dos elétrons (q/me) ao medir quanto um feixe de elétrons desvia em um campo elétrico ou magnético. A partir dessa razão, é possível calcular a carga e a massa individual de um elétron. Outra partícula expelida durante o decaimento nuclear é a partícula alfa. Uma partícula alfa é um núcleo de hélio, ou seja, um átomo de hélio sem seus elétrons. Como você verá, um feixe de partículas alfa também pode ser desviado em um campo elétrico.
Habilidades em foco
Fazer previsões, observar, tirar conclusões.
Procedimento
Inicie o Virtual Physics e selecione Effect of an Eletric Field on Moving Charges na lista de experimentos. O programa vai abrir a bancada de física quântica (Quantum).
	
2 - O experimento está montado em cima da mesa. Um canhão de elétrons (Electron Gun) está no canto esquerdo da mesa. Qual tipo de carga os elétrons possuem?
R: Carga elétrica negativa.
3 - No canto direito da mesa está a tela de fósforo (Phosphor Screen) que detecta as partículas com carga. Clique no botão verde - vermelho (On/Off ) para ligar a tela de fósforo. O que você observa? O que você imagina que isso representa?
R: Representa o feixe de elétrons incidindo na tela de fósforo. Conseguimos observar que se diminuída a incidência de elétrons ,o ponto na tela vai ficar piscando.
4 - Arraste a janela do laboratório para baixo e para esquerda, e arraste a janela do detector de fósforo para cima e para direita, diminuindo a sobreposição. Aperte o botão	(Grid) na tela de fósforo. Clique nos botões acima e abaixo dos dígitos para modificar o campo elétrico (Electric Field ) localizado no centro da mesa. Observe o ponto iluminado na tela do detector. Ajuste o campo elétrico para 5 V (cuidado para não clicar entre os dígitos, pois 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?
R: O ponto iluminado é transladado para a esquerda.
5 - Fazendo previsões: O que aconteceria com o ponto iluminado na tela de fósforo se a voltagem dos elétrons emitidos aumentasse? Por quê?
R: Quanto maior for a energia cinética dos elétrons emitidos pelo canhão de elétrons, menos sensíveis eles serão aos efeitos do campo elétrico externo aplicado para tentar desviar sua trajetória, observaremos na tela que os elétrons que incidem sobre ela estão sendo defletidos para a esquerda. À medida que aumentamos a energia cinética esse efeito fica cada vez menor.
6 - Observando: Aumente a voltagem do canhão de elétrons clicando acima do dígito das centenas no controlador (o segundo visor da esquerda para a direita). Você não está alterando o número de elétrons emitidos e sim a energia potencial dos elétrons emitidos. O que acontece com o ponto iluminado na tela de fósforo? Por quê?
R: Aumentando a voltagem os pontos iluminados ficam menos sensíveis ao efeitos do campo elétrico.
7 - Fazendo previsões: O que aconteceria com o ponto iluminado se você aumentasse a voltagem do campo elétrico que o feixe de elétrons atravessa? Por quê?
R: Quanto maior o campo elétrico aplicado, maior será a deflexão sofrida pelo feixe de elétrons.
8 - Teste sua previsão. Em seguida, zere o medidor de campo elétrico ajustando os valores até o ponto iluminado ficar na região central da tela de fósforo.
9 - Arraste o canhão de elétrons para devolvê-lo ao 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 para a mesa, colocando-a no mesmo lugar em que estava o canhão de elétrons. Clique na fonte de partículas alfa para acionar o emissor (On/Off ). O que aparece na tela de fósforo? Qual a carga das partículas alfa?
R: Na tela de fósforo, aparece o feixe de partículas alfa que está sendo emitido pela fonte de partículas alfa. A carga das partículas alfa são positiva.
10 - Mude a unidade do campo elétrico de V (volts) para kV (quilovolts) clicando no botão acima da unidade. Esse campo elétrico é mil vezes mais forte do que o campo elétrico utilizado anteriormente com o canhão de elétrons. Observe o ponto iluminado enquanto você aumenta a força do campo elétrico de 0 kV para 5 kV. O movimento é sutil, então preste atenção. Para qual direção o ponto iluminado se deslocou quando você aumentou o campo elétrico?
R: Ao zerar a voltagem do campo elétrico, nota-se que o feixe de partículas alfa incide exatamente no centro da tela de fósforo.
Compare a direção desse movimento com a direção do movimento do feixe de elétrons no campo elétrico?
R: Conforme aumentamos a intensidade desse campo percebemos que o feixe de partículas alfa se desloca muito pouco para a direita, agora os elétrons são cada vez mais defletidos para a esquerda conforme cresce a intensidade do campo.
11 - Tirando conclusões: Por que é necessário um campo elétrico significativamente mais forte para mover as partículas alfa em relação ao feixe de elétrons?
R: Porque a energia das partículas alfa é muito maior do que a dos elétrons, pois elas são maiores tanto em massa quanto em carga.