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Carga eléctrica en un campo magnético
 

Carga eléctrica en un campo magnético

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Electrones desempeñan el papel principal de muchas áreas de la ciencia y la tecnología, ya que poseen carga eléctrica, lo que les permite llevar actual.

Carga eléctrica q, es una propiedad física que describe si una unidad de la materia tiene más protones, lo que es de carga positiva, electrones más, lo que es carga negativa o un número igual de protones y electrones, lo que. Esta propiedad fundamental describe las interacciones electromagnéticas, donde como cargas se rechazan y enfrente de cargas se atraen.

J.J. Thomson se le atribuye el descubrimiento del electrón, donde él demostró que un rayo catódico puede ser desviado por un campo magnético en un tubo evacuado. Esto condujo a la conclusión que los electrones llevan una carga negativa permanente y activa su cálculo de la relación carga a masa de electrones.

Este video introduce el concepto de la fuerza ejercida sobre una carga en un campo magnético y el cálculo de la relación carga a masa de un electrodo con un experimento de tubo de rayos catódicos similar a la utilizada por J.J. Thomson.

Imanes permanentes, tales como barra de imanes, tienen polos norte y sur. Diferentes polos atraen, mientras que polos similares repelen. Imanes permanentes generan un campo magnético, o B, donde la dirección del campo está siempre orientada hacia el norte a sur. Del mismo modo, un campo magnético puede ser generado por cargas eléctricas en movimiento o corriente en un alambre.

La orientación del cable, como un lazo o bobina, la magnitud y la dirección de la corriente influye grandemente en el campo magnético. Como con cualquier campo del vector, puede especificarse un campo magnético en cualquier punto dado con dirección y magnitud.

Una de las propiedades clave de un campo magnético es que puede aplicar fuerza a una carga en movimiento, la magnitud de la fuerza sobre una partícula es descrita por la ley de la fuerza de Lorentz; donde fuerza es la magnitud de los tiempos de carga el producto cruzado de su velocidad y campo magnético.

La magnitud de la fuerza generada por el campo magnético entonces se puede escribir en términos del ángulo entre la velocidad y campo magnético, theta. Debido a este ángulo, la fuerza es mayor cuando la velocidad y el campo magnético son perpendiculares entre sí. No hay ninguna fuerza cuando la velocidad y el campo son paralelas entre sí.

La dirección de la fuerza es perpendicular al plano definido por la velocidad y campo magnético. La dirección de esta fuerza se puede determinar fácilmente mediante la regla de la mano derecha. La regla de la mano derecha es utilizada por apuntando los dedos de la mano derecha en la dirección de la velocidad y barrido en la dirección del campo magnético.

Cuando el pulgar se pega hacia fuera, apunta en la dirección de la fuerza aplicada por el campo magnético sobre la carga en movimiento, cuando la carga es positiva. Cuando la carga es negativa, la fuerza es la dirección opuesta.

Porque la fuerza es perpendicular a la velocidad, sólo puede cambiar la Dirección de la velocidad. Cuando la velocidad y campo magnético son perpendiculares uno al otro, la partícula cargada sigue una trayectoria circular a una velocidad constante.

Segunda ley de Newton puede ser utilizado para calcular la relación carga a masa de un electrón, donde la aceleración es la aceleración centrípeta. Cuando se combina con la ley de conservación de la energía y la ley de la fuerza de Lorentz, se puede generar una ecuación sobre la relación carga a masa y el potencial y el campo magnético.

La relación carga a masa entonces se puede calcular usando una configuración de rayos catódicos. Tres piezas de información; el voltaje de aceleración, la fuerza del campo magnético y el radio de la trayectoria circular seguida por las partículas cargadas son necesarios para el cálculo.

Ahora, vamos a demostrar este concepto y el cálculo utilizando un tubo de rayos catódicos. En este experimento, electrones son acelerados en un tubo y luego se desvía por un campo magnético aplicado. La relación carga a masa de un electrón entonces se calcula y se compara con el valor conocido.

Primero, familiarizarse con el aparato experimental. Tenga en cuenta que existen dos circuitos independientes en el aparato, el primero de los cuales genera el campo magnético.

Localizar las bobinas que generan el campo magnético y el amperímetro digital, que permite la medición de la corriente. Localice el interruptor de doble polo-doble tiro, que se utiliza para invertir la dirección de la corriente y por lo tanto invierte el campo magnético.

Suministrar corriente a las bobinas que crean el campo magnético usando el dial rotatorio.

En el segundo circuito recorre el tubo del electrón. Localizar la fuente de alta tensión, que establece que la aceleración de voltaje y una señal alterna de 6.3 V conectados a un filamento. Electrones son generadas por el filamento y acelerados por el voltaje de aceleración.

En el segundo circuito, encienda la fuente de alimentación de alto voltaje para encender el filamento. Tenga en cuenta que la luz que se enciende dentro del tubo es el filamento que brilla intensamente.

Poco a poco suba el alto voltaje a cerca de 2000 V. La parte de la pantalla dentro del tubo, que está siendo golpeado por el haz de electrones, debe brillar azul visibilizar el haz de electrones.

A continuación, ajuste la corriente a través de las bobinas, creando un campo magnético uniforme. Observar que como la corriente se ajusta hacia arriba o hacia abajo, cambia la trayectoria del haz. Ajustar la corriente para pasar el rayo a través de un punto X Y en la red. Registro de la magnitud de la corriente necesaria a este punto.

La corriente inversa para la viga en la dirección opuesta de la curva y ajustar la corriente hasta que el rayo pase por el punto X, Y: negativo o la imagen del espejo del punto original. Registro de la magnitud de la corriente. Repita para cuatro voltajes de aceleración más, utilizando el mismo XY X negativo Y puntos.

Observar que el voltaje de aceleración se incrementa y los electrones viajan más rápido, la viga dobla menos. Así la corriente de la bobina debe ser mayor para llegar a la misma X, Y punto.

A continuación, repita el experimento completo, mientras que esta vez manteniendo la tensión de aceleración constante y variando la X, Y y X, negativos Y ubicaciones. Recoge cinco conjuntos de datos, grabación de las coordenadas del punto y la magnitud actual para cada punto y su imagen del espejo.

El radio, R, de la ruta de la viga para cada voltaje de aceleración se puede calcular usando el teorema de Pitágoras.

Promedio de las dos corrientes necesarias para golpear tanto X, Y y X, negativo Y puntos para cada voltaje de aceleración eliminar el efecto del campo magnético de tierras. Lo mismo para las parejas Y variadas X, Y y X y negativas en el mismo voltaje de aceleración. Entonces utilice la corriente promedio para calcular la fuerza del campo magnético, B. En el caso de esta configuración, el campo magnético es igual a 0.00423 por la corriente.

Al variar el voltaje de aceleración, utilice el valor del campo magnético, el radio constante y el voltaje correspondiente para calcular la magnitud de la carga a la relación entre la masa de un electrón. Del mismo modo, al variar la X, Y lugares, utilice el valor del campo magnético, el voltaje constante y el radio correspondiente para calcular la relación de carga a masa del electrón.

Luego calcular la media para variables aceleración de voltaje y diferentes condiciones de ubicaciones X e Y. Estos valores del cociente calculado experimentalmente se comparan bien con la conocida relación carga a masa de un electrón.

Las partículas cargadas, que se mueven en una trayectoria circular debido a un campo magnético aplicado, tienen una amplia gama de aplicaciones en tecnología.

Espectrómetros de masas identifican componentes desconocidos de una muestra basada en su relación carga a masa. Las partículas viajan en un radio diferente dependiendo de su relación carga a masa y el voltaje de aceleración, el campo magnético aplicado. Estos parámetros permiten la separación de varios componentes.

En este ejemplo, gases volátiles fueron recogidos en un tubo de ensayo con llave y luego analizan con espectrometría de masas. Las moléculas del gas se ionizan con un ionizador de impacto de electrones. Las partículas cargadas se separa en base a su relación carga a masa.

Antes de la LCD, tecnología de pantalla LED y plasma, tubos de rayos catódicos, como la experimental establecido usado en este video, fueron la base para todas las pantallas de TV y monitores de computadora. Los tubos de rayos catódicos fueron compuestos de varios cañones de electrones, para lograr varios colores y una pantalla fluorescente para mostrar los puntos individuales.

Equipo de laboratorio común todavía utiliza pantallas de tubo de rayos catódicos, como osciloscopios básicos. La diferencia es que la deflexión de los electrones se hace vía la desviación electrostática, en lugar de desviación magnética.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a cargas eléctricas en un campo magnético. Ahora usted debe entender cómo los electrones son influenciados por campos magnéticos y cómo utilizar un campo magnético para determinar la relación carga a masa de un electrón. ¡Gracias por ver!

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