Carga Elétrica em um Campo Magnético

1. Compensação para o Campo Magnético da Terra

1. Observe que existem dois circuitos independentes neste experimento:
   1. Corrente de fornecimento para as bobinas que criam o campo magnético (Figura 2). A corrente é definida por um mostrador rotativo, e o circuito inclui um amímetro digital que permite medir a corrente. Um interruptor de duplo polo de duplo arremesso é usado para reverter a direção da corrente fornecida às bobinas, o que inverte o campo magnético.
   2. O segundo circuito (Figura 3)roda o tubo eletrônico. Há uma fonte de alta tensão, que define a tensão acelerada e um sinal alternado de 6,3 V conectado a um filamento. Os elétrons são, em certo sentido, fervidos do filamento e, em seguida, acelerados pela tensão acelerada.
2. No segundo circuito, ligue a fonte de alimentação de alta tensão para ligar o filamento. A luz que se liga dentro do tubo é o filamento brilhante.
3. Aumente gradualmente a alta tensão para cerca de 2.000 V. A parte da tela dentro do tubo, que está sendo atingida pelo feixe de elétrons, deve brilhar azul, tornando o feixe de elétrons visível.
   1. Note que isso não significa que os elétrons são azuis - o revestimento na tela é fosforescente e emite um brilho azul quando os átomos deste revestimento são energizados pelos elétrons.
4. Ajuste a corrente através das bobinas, que criam o campo magnético uniforme. À medida que a corrente é ajustada para cima ou para baixo, o caminho do feixe muda. Ajuste a corrente para passar o feixe através de um determinado ponto (X, Y) na grade. Anote a magnitude da corrente necessária para que a viga passe por esse ponto.
5. Inverta a corrente para curvar o feixe na direção oposta e ajuste a corrente até que o feixe passe pelo ponto (X, −Y) (a imagem do espelho do ponto original). Mais uma vez, anote a magnitude da corrente necessária para que a viga passe por esse ponto em particular.
6. Verifique se as magnitudes das duas correntes são diferentes. A menos que o tubo esteja alinhado para que o feixe de elétrons esteja paralelo ao campo magnético da Terra, o campo da Terra adiciona ao campo das bobinas quando a corrente está em uma direção e subtrai dele quando a corrente está na outra direção.
7. Ao longo do experimento, média das magnitudes das duas correntes, a corrente necessária para que o feixe passasse por um determinado ponto (X, Y) na grade, e a corrente necessária para passar pelo ponto de imagem espelhada (X, −Y), para remover o efeito do campo magnético da Terra.

Figura 2: Diagrama de circuito para as bobinas helmholtz. A força do campo magnético criado pelas bobinas Helmholtz é proporcional à corrente que passa por elas. A corrente fornecida às bobinas pela fonte de alimentação ajustável é medida pelo amímetro digital. O objetivo do interruptor duplo é facilmente inverter a direção da corrente que passa pelas bobinas, o que inverte a direção do campo magnético. Observe que as duas conexões de cada bobina estão marcadas A e Z, e as duas Z devem ser conectadas juntas para garantir que as bobinas estejam produzindo campos magnéticos na mesma direção, e não em direções opostas.

Figura 3: Diagrama de circuito para a execução do tubo de elétrons. O filamento brilhante que é a fonte dos elétrons é executado por uma fonte de corrente alternada de 6,3 V. Observe que o lado negativo do sinal de alta tensão também está conectado a um lado do filamento, enquanto o sinal positivo de alta tensão (na ordem de 2.000-3.000 V DC) está conectado a um eletrodo no lado direito da zona de aceleração. Isso produz um grande campo elétrico direcionado à esquerda na zona de aceleração, acelerando os elétrons da esquerda para a direita.

2. Coleta de dados para uma combinação particular (X, Y) e (X, − Y)

1. Note que os tubos são caros e um pouco frágeis. Não exceda 3.500 V para a tensão acelerada e gire a tensão acelerada para zero quando as medidas não estiverem sendo tomadas.
2. Nesta parte do experimento, registo cinco conjuntos de dados, cada um com uma tensão acelerada diferente com a mesma combinação (X, Y) e (X, −Y).
3. Note que à medida que a tensão acelerada aumenta e os elétrons viajam mais rápido, eles não dobram tanto, e assim, o campo magnético das bobinas precisa ser aumentado para que o feixe passe pelo mesmo ponto na tela. Escolha um determinado ponto (X, Y) e (X, −Y) para usar nesta parte do experimento. Use a Equação 10 para calcular o raio correspondente do caminho do feixe.
4. Para uma tensão acelerada particular, registo a magnitude da corrente necessária para que o feixe passe pelo ponto escolhido (X, Y). Inverta a corrente e regise a magnitude da corrente necessária para que o feixe passe pelo ponto de imagem do espelho (X, −Y).
5. Média das duas correntes para remover a influência do campo magnético da Terra.
6. Use a corrente média na Equação 8 para calcular a força do campo magnético.
7. Use os valores da tensão acelerada, raio e campo magnético para calcular a magnitude da relação carga-massa do elétron.
8. Escolha uma nova tensão acelerada e repita as etapas 2.3-2.7. Continue a fazer isso até que cinco conjuntos de dados tenham sido coletados.
9. Calcule a magnitude da relação carga-massa média para o elétron.

3. Coleta de dados para uma tensão acelerada particular

1. Colete mais cinco conjuntos de dados. Desta vez, mantenha a tensão acelerada constante e altere os pontos (X, Y) e (X, −Y) pelos que o feixe passa. Regisso.
2. Calcule a magnitude da relação carga-massa média para o elétron.
3. Em média, as duas relações médias de carga/massa determinadas da Seção 2 e 3, e afirmam possíveis fontes de erro no experimento.