Deflexão do feixe de elétrons - Relação carga e massa (e/m) - Experimento 11 - Física III - UFBA

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Universidade Federal da Bahia
Instituto de Física
FIS123 – Física Geral e Experimental III-E
Experiência 11
DEFLEXÃO DO FEIXE DE ELÉTRONS –
 RELAÇÃO CARGA E MASSA (e/m)
Salvador
Maio de 2016
Objetivo
Observar os efeitos dos campos magnético e elétrico sobre um feixe de elétrons e o cálculo da relação entre carga e massa do elétron
Questão – 1 ) Para a obtenção de elétrons livres por efeito termiônico (canhão de elétrons) é necessário a construção de um circuito elétrico especifico para a extração destes elétrons. Apresente um esquema do circuito, bem discutido, de como o mesmo foi construído neste experimento.
O canhão de elétrons apresenta um esquema parecido com este da Figura 1.
Figura 1: Representação do canhão de elétrons
E as medições foram feitas a partir do dispositivo apresentado na Figura 2.
Figura 2: Tubo de desvio de feixe de elétrons
Questão – 2) Com uma diferença de potencial entre o anodo e o catodo constante (~ 3000 V), varie a corrente das bobinas (NUNCA PASSE DE 2A!!!) e descreva o que acontece com o raio do desvio. Explique o observado com argumentos sucintos e adequados.
Ao aumentarmos a corrente das bobinas, o feixe de elétrons começa a curvar-se para baixo, saindo da direção horizontal (com campo magnético = 0), formando uma parábola. Então, quanto maior a corrente nas bobinas, maior o campo, e menor o raio do desvio.
Questão – 3) Com a corrente das bobinas constante (diferente de zero), varie a diferença de potencial entre o anodo e o catodo (UA), e descreva o que acontece com o raio do desvio. Explique o que foi observado.
Ao aumentarmos a Ua, o feixe se tornou mais intenso. E quanto menor a Ua, mais fraco ficava, até não se tornar mais visível.
Ao deixar a Ua constante e variar a corrente das bobinas, notamos que o feixe se curvou para baixo. A partir deste dado, podemos concluir com a ajuda da regra da mão direita, que o campo magnético está no sentido que “entra no papel”.
Questão – 4) Represente por meio de um esquema a força resultante da ação do campo magnético sobre um elétron de prova qualquer que tem sua trajetória neste campo.
QUESTÃO – 5) Estime e/m a partir do método, anteriormente citado. Para tal, utilize UA = 3000 V e corrente nas bobinas da ordem de 0,35A. Compare com o valor correto, a ser pesquisado. 
Comparando com o valor correto estabelecido (1,759 x 10^11) C/Kg), tivemos uma discrepância de:
Questão – 6) Neste instante, mantendo a tensão de aceleração dos elétrons constantes (UA = 3000 V), varie a corrente nas bobinas entre 0 e 1,5 A (NUNCA PASSE DE 2A!!!) Para as diversas medidas dos raios das trajetórias, mais do que cinco, estime a relação carga massa. 
	x
	Y
	I (A)
	U (v)
	r (m)
	x²
	y²
	B
	e/m (C/Kg)
	8
	-1
	0,23
	0,7
	0,325
	64
	1
	0,000966
	6,0874E+10
	7
	-1
	0,3
	1
	0,25
	49
	1
	0,00126
	6,0469E+10
	6
	-1
	0,39
	1,2
	0,185
	36
	1
	0,001638
	6,534E+10
	5
	-1
	0,54
	1,7
	0,13
	25
	1
	0,002268
	6,9021E+10
	4
	-1
	0,8
	2,5
	0,085
	16
	1
	0,00336
	7,3559E+10
	3
	-1
	1,29
	4,1
	0,05
	9
	1
	0,005418
	8,1759E+10*
	3
	-1,8
	2
	6,4
	0,034
	9
	3,24
	0,0084
	7,3559E+10
	
	
	
	
	
	
	
	Média=
	6,718E+10
	
	
	
	
	
	
	
	Erro=
	64,45%
*dado desprezado para o cálculo da média
Erro calculado a partir do valor estabelecido da relação (2,759+E11)
Questão – 7) Com a diferença de potencial entre o anodo e o catodo constante, varie a diferença de potencial entre as placas paralelas (Up). Descreva o que acontece com o feixe. Explique o que foi observado.
Mantendo a Ua constante e a aumentando a Up, observa-se um aumento da deflexão do feixe, formando uma curva para cima.
Questão – 8) Com a diferença de potencial entre as placas paralelas constante, varie a diferença de potencial entre o anodo e o catodo (Ua). Descreva e explique o que acontece com o feixe.
Com a Up alta o suficiente para manter a curva do feixe, diminuímos a Ua e observamos uma diminuição da deflexão do feixe.
Questão – 9) Represente por meio de um esquema a força resultante da ação do campo elétrico sobre um elétron de prova qualquer em trajetória neste campo (represente as placas, potenciais e polaridades envolvidas)
Questão – 10) Mantendo a diferença de potencial entre o anodo e o catodo constante (Ua maior ou igual a 3000 V), faça diversas medidas das deflexões das trajetórias para as diferentes diferenças de potencial entre as placas paralelas (a cada 500 V por exemplo), Estime e/m a partir deste método, e a velocidade em função da tensão Ua aplicada pode ser obtida na figura 6, no anexo ao final.
	X
(cm)
	Y
(cm)
	X
(m)
	Y
(m)
	Up 
(v)
	r 
(m)
	E
(v/m)
	Ua
(v)
	v
(m/s)
	e/m
(C/Kg)
	8,5
	0,6
	0,085
	0,006
	500
	0,605083
	8333,333
	3000
	3,25E+07
	2,105E+11
	7,5
	0,9
	0,075
	0,009
	1000
	0,317
	16666,67
	3000
	3,25E+07
	2,028E+11
	6,5
	1
	0,065
	0,01
	1500
	0,21625
	25000
	3000
	3,25E+07
	2E+11
	5,5
	1
	0,055
	0,01
	2000
	0,15625
	33333,33
	3000
	3,25E+07
	2,095E+11
	4,5
	0,8
	0,045
	0,008
	2500
	0,130563
	41666,67
	3000
	3,25E+07
	2,003E+11
	3,5
	0,5
	0,035
	0,005
	3000
	0,125
	50000
	3000
	3,25E+07
	1,724E+11*
	3,5
	0,7
	0,035
	0,007
	3500
	0,091
	58333,33
	3000
	3,25E+07
	2,069E+11
	3,5
	0,9
	0,035
	0,009
	4000
	0,072556
	66666,67
	3000
	3,25E+07
	2,328E+11
	3,5
	1
	0,035
	0,01
	4500
	0,06625
	75000
	3000
	3,25E+07
	2,299E+11
	2,5
	0,5
	0,025
	0,005
	5000
	0,065
	83333,33
	3000
	3,25E+07
	2,028E+11
	
	
	
	
	
	
	
	
	Média=
	2,069E+11
	
	
	
	
	
	
	
	
	Erro=
	17,65%
*Dado desprezado para cálculo da média
A velocidade foi aproximada para uma tensão de 3000v entre o ânodo e o cátodo.
O erro foi calculado com base no valor teórico de 1,759E+11.
Questão – 11) Mantendo o potencial entre o anodo e o catodo constante (UA = 4000 V), aplique uma tensão entre placas da ordem de 200 V em seguida aumente a corrente das bobinas até que o feixe fique paralelo à direção inicial de propagação. Após estes ajustes, estime o valor de e/m pelo método de compensação de campos. Repita este procedimento variando a tensão entre placas, UP, (de 400 em 400 V até 2000 V) e a corrente das bobinas. Compare com o valor verdadeiro, a ser pesquisado ou determinado. 
	Up (v)
	I (A)
	Ua (v)
	E
	B
	e/m (C/Kg)
	200
	0,03
	4000
	3333,333
	0,000126
	8,75E+10
	600
	0,08
	4000
	10000
	0,000336
	1,11E+11
	1000
	0,14
	4000
	16666,67
	0,000588
	1E+11
	1400
	0,21
	4000
	23333,33
	0,000882
	8,75E+10
	1800
	0,27
	4000
	30000
	0,001134
	8,75E+10
	2000
	0,29
	4000
	33333,33
	0,001218
	9,36E+10
	
	
	
	
	Média=
	9,06E+10
	
	
	
	
	Erro=
	52,09%
Questão – 13) Represente por meio de diagrama de forças a força resultante da ação do campo elétrico e do campo magnético sobre um elétron de prova qualquer numa trajetória realizada nestes campos (represente as placas, potenciais e polaridades envolvidas).
Conclusão
Com análise nos dados obtidos e nos cálculos de erro, podemos concluir que o mais apropriado para a determinação da relação carga-massa do elétron foi o de deflexão por um campo elétrico. Nele tivemos o menor erro dos três experimentos (obtendo apenas 17,65% de erro).
O método menos preciso foi o que utilizamos a deflexão por campo magnético, obtendo um erro de 64,45%.
Os erros altos podem ser explicados por fios usados no circuito com defeito, ou simplesmente erro visual na leitura dos dados.