Carga Massa do Elétron

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O Aparelho Modelo SE-9638 e / m da PASCO fornece um método simples para medir e / m, a razão carga / massa do elétron. O método é semelhante ao usado por J.J. Thomson em 1897. Um feixe de elétrons é acelerado através de um potencial conhecido, então a velocidade dos elétrons é conhecida. Um par de bobinas de Helmholtz produz um campo magnético uniforme e mensurável em ângulo reto com o feixe de elétrons. Este campo magnético desvia o feixe de elétrons em um caminho circular. Medindo o potencial de aceleração (V), a corrente para as bobinas de Helholtz (I), e o raio da trajetória circular do feixe de elétrons (r), e / m é facilmente calculada: e / m = 2V / B²r². (Os cálculos são explicados na seção de operação deste manual.)

O aparelho e / m também possui placas de deflexão que podem ser usadas para demonstrar o efeito de um campo elétrico no feixe de elétrons. Isso pode ser usado como uma confirmação da carga negativa do elétron e também para demonstrar como um osciloscópio funciona.

Uma característica única do tubo e / m é que o soquete gira, permitindo que o feixe de elétrons seja orientado em qualquer ângulo (de 0 a 90 graus) em relação ao campo magnético das bobinas de Helmholtz. Você pode, portanto, girar o tubo e examinar a natureza do vetor das forças magnéticas em partículas carregadas em movimento. Outras experiências também são possíveis com

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O tubo e / m¾ O tubo e / m (consulte a Figura 2) é preenchido com hélio a uma pressão de 10⁻² mm Hg e contém uma pistola de elétrons e placas de deflexão. O feixe de elétrons deixa uma trilha visível no tubo, porque alguns dos elétrons colidem com átomos de hélio, que são excitados e então irradiam luz visível.

A arma de elétrons é mostrada na Figura 3. O aquecedor aquece o cátodo, que emite elétrons. Os elétrons são acelerados por um potencial aplicado entre o cátodo e o ânodo. A grade é mantida positiva em relação ao cátodo e negativa em relação ao ânodo. Isso ajuda a focar o feixe de elétrons.

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o tubo e / m. Por exemplo, você pode usar um pequeno imã permanente em vez das bobinas de Helmholtz para investigar o efeito de um campo magnético no feixe de elétrons.

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As bobinas de Helmholtz - A geometria das bobinas de Helmholtz - o raio das bobinas é igual à sua separação - fornece um campo magnético altamente uniforme. As bobinas de Helmholtz do aparelho e / m têm um raio e uma separação de 15 cm. Cada bobina tem 130 voltas. O campo magnético (B) produzido pelas bobinas é proporcional à corrente através das bobinas (I) vezes 7,80 x 10⁻⁴ tesla / ampere [B (tesla) = (7,80 x 10⁻⁴) I].

Os controles - O painel de controle do aparelho e / m é simples. Todas as conexões são rotuladas. As conexões e operações são explicadas na próxima seção.

Capuz de tecido - O capuz pode ser colocado sobre o topo do aparelho e / m para que o experimento possa ser realizado em uma sala iluminada.

Escala espelhada - Uma escala espelhada é presa na parte de trás da bobina traseira de Helmholtz. É iluminado por luzes que se acendem automaticamente quando o aquecedor da pistola de elétrons é alimentado. Ao alinhar o feixe de elétrons com sua imagem na escala espelhada, você pode medir o raio do caminho do feixe sem erro de paralaxe.

Equipamento adicional necessário -

Suprimentos de energia:

6-9 VDC @ 3 A (ondulação <1%) para bobinas de Helholtz (Potência de Baixa Tensão Modelo SF-9584 da PASCO Fornecem)

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Medição e / m

1.  Se você estiver trabalhando em uma sala iluminada, coloque o capuz sobre o aparelho e / m.

2.  Gire a chave seletora até a posição e / m MEASURE.

3.  Gire o botão de ajuste atual das bobinas de Helmholtz para a posição OFF.

4.  Conecte suas fontes de alimentação e medidores ao painel frontal do aparelho e / m, conforme mostrado na Figura 4.

5.  Ajuste as fontes de alimentação nos seguintes níveis:

CANHÃO DE ELÉTRONS

Aquecedor:                          6,3 VAC ou VDC

Eletrodos:                             150 a 300 VDC

Bobinas de Helmholtz:       6-9 VDC (ripple deve ser menos de 1%)[pic 9]

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     6,3 VCC ou VAC para filamento

    Potencial de aceleração de 150-300 VCC (Medidor de  Alimentação de Alta Tensão Modelo SF-9585 da PASCO)

Metros:

     Amperímetro com faixa de 0-2 A para medir corrente em bobinas de Helmholtz (como o Multímetro PASCO Modelo SB-9624)

     Voltímetro com faixa de 0 a 300 V para medir o potencial de aceleração (como o Multímetro PASCO Modelo SB-9624)

6. Gire lentamente o botão de ajuste atual das bobinas de Helmholtz no sentido horário. Observe o amperímetro e tome cuidado para que a corrente não exceda 2 A.

7. Aguarde alguns minutos para o cátodo aquecer. Quando isso acontecer, você verá o feixe de elétrons emergir da arma de elétrons e será curvado pelo campo das bobinas de Helmholtz. Verifique se o feixe de elétrons está paralelo às bobinas de Helmholtz. Se não estiver, gire o tubo até que esteja. Não tire da tomada. Conforme você gira o tubo, o soquete irá girar.

8. Leia atentamente a corrente para as bobinas de Helmholtz do seu amperímetro e a voltagem de aceleração do seu voltímetro. Registre os valores abaixo.

Corrente para bobinas de Helmholtz = I = _______________

Tensão de aceleração = V = __________________________

9. Meça cuidadosamente o raio do feixe de elétrons. Olhe através do tubo no feixe de elétrons. Para evitar erros de paralaxe, mova a cabeça para alinhar o feixe de elétrons com o reflexo do feixe que você pode ver

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na escala espelhada. Meça o raio do feixe como você o vê nos dois lados da escala e, em seguida, calcule a média dos resultados.