carga massa do eletron (Reparado), Notas de estudo de Cultura

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA

INSTITUTO DE FÍSICA

LABORATÓRIO DE FISICA MODERNA

DETERMINAÇÃO DA RAZÃO e/m DO ELÉTRON

Lara R. Rastrelo-11011FIS

Rafael-

Romulo-1041358-

Talyta-

Março-

1- INTRODUÇÃO

A descoberta do elétron foi fundamental para a evolução do modelo atômico. Anteriormente a descoberta do elétron acreditava-se no modelo átomo proposto pro Dalton onde a unidade mínima da matéria fosse uma esfera maciça. Foi J.J.Thonson que propôs após as experiências que o átomo seria uma bolha positivamente carregada que continham elétrons suspensos nela. Pela similaridade foi lembrado como um pudim de passas.

Ainda que errado, a primeira concepção de átomo com elétron levou a novos experimentos, ate chegar ao modelo átomo e concepções de elétron da mecânica quântica. Revolucionando a mecânica newtoniana, que não conseguia explicar algumas observações juntamente com questionamentos sobre a natureza da radiação eletromagnética.

Os cientistas que estudavam a estrutura do átomo no início do século XX descobriram algo muito interessante. As regras estabelecidas pelo físico inglês Isaac Newton, e que eram capazes de descrever o comportamento dos corpos macroscópicos, não funcionavam na escala atômica. A mecânica Newtoniana não pode corretamente descrever o comportamento de prótons, nêutrons, elétrons ou átomos. (SITE ON, 2011) O elétron (do grego ήλεκτρον, élektron , "âmbar"), geralmente representado como ( e -), é uma partícula subatômica que circunda o núcleo atômico, identificada em 1897 pelo inglês John Joseph Thomson.

A razão e/m pode ser medida indiretamente através da medida de outras três grandezas controladas experimentalmente.

Thomson verificou que esta razão independia do material do qual o cátodo era constituído ou do tipo de gás residual que existia dentro do tubo, mostrando assim que a razão e/m era universal. (ATIKINS& JONES, 2002, p.46)

Segundo o (site aip,2011) outro método para a medida da razão e/m do elétron é o empregado por P. Lenard, em 1902. Neste caso, um feixe de elétrons é acelerado por um potencial V e sofre a ação apenas de um campo magnético B. O movimento resultante do feixe é um movimento circular de raio r. Este pode ser calculado pois a força magnética é igual a força centrípeta.

2- OBJETIVOS

O objetivo do experimento é determinar experimentalmente a razão e/m (carga massa do elétron) pelo método utilizado por Lenard.

3-MATERIAIS

Materiais (^1) Tubo de feixe estreito (^1) Par de bobinas de Helmholtz (^1) Voltimetro (^1) Amperimetro (^1) Multrimetro digital (^8) Cabos de conecções (^1) Fonte de alimentação universal (^1) Sonda Hall axial (^1) Gaussimetro (^1) Fonte de alimentação 0...600VDC

4-PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Com as luzes apagadas do laboratório, ligou-se todos o aparato experimental que se encontrava montado. (Figura 2)

Ajustou-se o campo magnético, potencial de foco e acelerador para que o raio de elétrons fosse o mais nítido, circular possível evitando o helicoidamento dos raios e conhecidissem com as hastes da escala. Para evitar a trajetória helicoidal do feixe girou-se o tubo em torno do seu eixo longitudinal.

Os valores pré definidos da escala foram 2,3,4,5 cm. Para cada raio fez-se 10 medidas de diferentes variações de tensões. Tomamdo cuidado para que os valores maximo da tensão do equipamento não fosse atingida. As leituras das correntes e voltagem foram anotadas.

Figura 2 : Montagem do experimento para a determinação experimental para a determinação e/m pelo método de Lenard. Fonte: (Barbosa & Schiavo)

5-RESULTADO E DISCUSSÃO

Por que foi usado o método de Lenard? E n o de Thonson? Por que ele conseguiu so determinar a carga e massa...e n a carga?

Os Elétrons, oriundos de um filamento aquecido, são acelerados e colimados, formando um estreito feixe. Os elétrons com energia cinética alta colidem com os átomos do gás contido no tubo,mantidos à baixa pressão.Uma fração desses átomos será ionizada.

Este rastro de átomos ionizados denuncia a trajetória do feixe, influenciado ainda pela orientação do tubo com respeito às bobinas de Helmholtz que foram ajustadas para medir tanto o raio de curvatura e ajustando para uma trajetória circular desejável.

F=evxB (Equação 2)

Para o experimento utilizamos a bobina de Helmholtz que segundo (HALLIDAY&RESNICK,1996,p.? ) consiste em 2 bobinas iguais, ou seja, mesmo raio e mesmo numero de espiras. Percorridos pelas mesmas corrente no mesmo sentido e posicionadas paralelamente e na distancia do raio. Essa disposição confere ao arranjo de Helmholtz um campo magnético uniforme.

Com um campo elétrico uniforme e na direção perpendicular a velocidade, o feixe de elétrons descreverá uma trajetória circular conforme a figura (4).

Figura 4: Trajetória do feixe de elétrons de acordo com o campo magnético, velocidade e força. Fonte:( http://portaldoprofessor.mec.gov.br/ storage/discovirtual/galerias/imagem/ 0000000677/0000008208.jpg)

Igualando a força centrípeta (Equação 1 ) na força de Lorentz( Equação 2), obtemos a velocidade do elétron.

V=eBr/m (Equação 3)

Substituindo na Equação 1 determinamos a relação carga massa do elétrons. Porem ainda não sabemos a intensidade do campo magnético.

e/m=2u/b2r2 ( Equação 4)

Para encontrar o valor da intensidade do campo magnético sobre o eixo z de uma corrente circular para o arranjo simétrico de Helmholtz.Utiliza-se a ......mas como o raio e a distancias são iguais, a equação pode ser muito simplificada.

B=(4/5)3/2 u0n I/R (Equação 5)

Utiliza-se a Equação 5, onde n é o numero de espiras utilizadas 154 e o raio 0,20 m e Onde a permeabilidade magnética no vácuo é 1,257x10-6Vs/Am.(SILVEIRA,?,p5).

Para a construção do gráfico, substitui a equação 5 na equação 4, obtendo uma nova equação onde as variáveis são a tensão e a corrente ao quadrado.

e/m=2u/[((4/5)3/2 u0n I/R )^2 r 2 ] Equação 6

Simplificando a equação 6 fica na forma e/m=cU/I 2 , com isso constrói o gráfico da tensão versus o quadrado da corrente. Com o coeficiente angular da reta é a U/I 2 , substituindo o valor nas constantes obtivemos o valor da carga/ massa do elétron no valor de.

O valor tabelado segundo o (SILVEIRA,? ,p.6 ) razão carga/massa é de 1,759x1011 As/ Kg.

Portanto representando um erro de % em relação ao tabelado.

A possível discrepância de resultados pode ser fatores associados aos erros de medidas experimentais.

Qual é a influência do campo terrestre no experimento e como ela pode ser

evitada?

A intensidade do campo na superfície da Terra neste momento varia de menos de 30 microteslas (0,3 gauss), numa área que inclui a maioria da América do Sul e África Meridional, até superior a 60 microteslas (0,6 gauss) ao redor dos pólos magnéticos no norte do Canadá e sul da Austrália, e em parte da Sibéria. http://pt.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico_terrestre

2. Qual é a influência da distribuição de velocidade dos elétrons emitidos e como

ela pode ser minimizada?

3. O que é paralaxe e como pode ser evitada?

4. Descreva sucintamente o procedimento experimental a ser adotado.

Site do Instituto de Física UFPR

Disponível em :< http://fisica.ufpr.br/evaldo/em-r.pdf >. Data de acesso 27/03/2011.

Site Portal do Professor

Disponível em :http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/galerias/imagem/ 0000000677/0000008208.jpg. Data de acesso 30/03/2011.

Site Stoa USP

Disponível em :< http://stoa.usp.br/thschiavo/files/791/4799/ Brenno+Barbosa+e+Thiago+Schiavo+- +Determina%C3%A7%C3%A3o+da+Raz%C3%A3o+entre+Carga+Elementar+e+Massa+Eletr%C 3%B4nica.pdf>.Data de acesso 30/03/2011.

Site do Observatório Nacional

Disponível em: http://www.on.br/site_edu_dist_2011/site/conteudo/modulo1/2- fisica_para_compreender_estrelas/cap2-estrutura-dos-atomos/3-particulas.html. Data de acesso 30/03/2011.

Disponível em: <http://www.on.br/site_edu_dist_2011/site/conteudo/modulo1/2- fisica_para_compreender_estrelas/cap3-forcas-fundamentais/4-forca-fraca.html> .Data de acesso 30/03/

Site da Universidade federal de Pelotas

Disponível em:http://www.ufpel.tche.br/ifm/histfis/experim.htm. Data de acesso 30/03/2011.