Determinação da carga do elétron, Trabalhos de Física Experimental

Baixe Determinação da carga do elétron e outras Trabalhos em PDF para Física Experimental, somente na Docsity!

RELATÓRIO DE EXPERIMENTO

Experimento para medir a carga do elétron

Aluno: Alexandre Gabriel

Maquera

Disciplina: 2FIS067 – Laboratório de Física Moderna

Professor: Américo Tsuneo Fujii

Londrina

Resumo

Foram verificados os valores da carga sobre massa do elétron através de dois experimentos; sendo o experimento com raios catódicos e o outro sendo o experimento da gota

(Figura 2: montagem experimental do experimento de Millikan)

Medidas, cálculos e análises

Para calcular a razão carga sobre massa () , precisa-se primeiramente de forças elétricas e magnéticas iguais para obter a velocidade do elétron. Sabendo as equações das forças;

Então:

Sabendo a velocidade horizontal do elétron (), precisa-se calcular a deflexão gerada pela gravidade quando os campos elétricos e magnéticos estão desativados, então calcula-se o tempo para o elétron sair do filamento e atingir a tela através da velocidade horizontal do elétron que não varia e tendo em mente a distância do filamento à tela (L);

então:

Logo; (I) A figura à seguir mostra os vetores de velocidade do feixe:

(Figura 3: vetores de velocidade do feixe de elétrons.

Primeiramente medimos os campos com o ângulo fixo em zero, para que as forças dos campos magnético e elétrico fossem iguais para obter e aproveitando os dados da tabela para obter a velocidade média dos elétrons. No segundo caso fizemos as medidas com o campo magnético igual à zero para obter a razão da tangente do ângulo de reflexão sobre o campo elétrico. Sabendo que o campo elétrico é dado em V/m então foi calculado que a diferença de potencial nas placas paralelas dividida pela distância entre elas (d=1,5cm) nos deu o valor do campo elétrico.

Com os valores acima podemos substituir em (I) para obtermos: 1,7081E+11 C/Kg O valor utilizado na física atual é de aproximadamente 1,758E11 C/m, é notável a proximidade com o valor obtido.

No experimento da gota de óleo de Millikan mede-se a velocidade de queda e de subida da gota e através destes valores encontra-se o valor da carga elementar como é

Para determinar a massa e o raio:

Segue-se os seguintes valores para as constantes utilizadas:

Densidade do óleo(ρ)=8,85E2Kg/m3; Viscosidade do ar(η)=1,81E-5 N.s/m2; D istância entre as placas=6mm; Distância percorrida pela gota=0,6mm.

Para o primeiro caso temos três gotas, uma ddp de 500v gerando um campo elétrico de 83.333,33V/m:

gota 1 tempo (S) No.demedid (^) subida descida vel. Subida vel. Desc. raio (m) massa (kg) carga ( C) 1 4,7 4,3 1,277E-04 1,408E-04 1,1495E-06 5,6307E-15 1,264E- 2 5,1 3,8 1,167E-04 1,563E-04 1,21074E-06 6,57931E-15 1,353E- 3 4,6 4,0 1,304E-04 1,508E-04 1,18925E-06 6,23523E-15 1,369E- 4 4,6 3,2 1,316E-04 1,852E-04 1,31808E-06 8,48906E-15 1,709E- 5 5,2 4,3 1,163E-04 1,408E-04 1,1495E-06 5,6307E-15 1,21E- 6 5,1 4,2 1,172E-04 1,415E-04 1,15221E-06 5,67059E-15 1,22E- 7 5,1 4,2 1,172E-04 1,429E-04 1,15768E-06 5,75179E-15 1,233E- 8 5,1 4,3 1,167E-04 1,408E-04 1,1495E-06 5,6307E-15 1,212E- 9 5,2 4,2 1,163E-04 1,415E-04 1,15221E-06 5,67059E-15 1,216E- 10 5,1 4,4 1,167E-04 1,357E-04 1,12851E-06 5,32775E-15 1,167E- 11 4,9 4,2 1,235E-04 1,435E-04 1,16045E-06 5,79312E-15 1,269E- media 1,15221E-06 5,67059E-15 1,233E-

gota 2 tempo (S) No.demedid (^) subida descida vel. Sub. vel. Desc. raio (m) massa (kg) carga ( C) 1 3,26 1,70 1,840E-04 3,529E-04 1,81966E-06 2,23359E-14 4,001E- 2 30,20 1,84 1,987E-05 3,261E-04 1,74907E-06 1,98358E-14 2,477E- 3 3,74 1,88 1,604E-04 3,191E-04 1,73036E-06 1,92061E-14 3,397E- 4 3,76 1,96 1,596E-04 3,061E-04 1,69468E-06 1,80423E-14 3,231E- 5 3,80 1,94 1,579E-04 3,093E-04 1,70339E-06 1,83221E-14 3,258E- 6 3,32 1,72 1,807E-04 3,488E-04 1,80905E-06 2,19475E-14 3,922E- 7 3,12 1,68 1,923E-04 3,571E-04 1,83046E-06 2,27359E-14 4,118E- 8 3,16 1,82 1,899E-04 3,297E-04 1,75865E-06 2,01637E-14 3,741E- 9 3,22 1,71 1,863E-04 3,509E-04 1,81433E-06 2,21403E-14 3,99E- 10 3,26 1,74 1,840E-04 3,448E-04 1,79862E-06 2,15701E-14 3,895E- media 1,77864E-06 2,08669E-14 3,818E-

gota 3 tempo (S) No.demedid (^) subida descida vel. Sub vel. Desc raio (m) massa (kg) carga ( C) 1 2,22 2,52 2,703E-04 2,381E-04 1,49456E-06 1,23759E-14 3,111E- 2 2,30 2,56 2,609E-04 2,344E-04 1,48284E-06 1,2087E-14 3,007E-

4 3,98 2,40 1,508E-04 2,500E-04 1,53147E-06 1,33156E-14 3,141E-

5 4,08 2,34 1,471E-04 2,564E-04 1,55098E-06 1,3831E-14 3,202E-

6 3,92 2,32 1,531E-04 2,586E-04 1,55765E-06 1,40102E-14 3,282E-

7 3,48 2,18 1,724E-04 2,752E-04 1,60689E-06 1,53813E-14 3,681E-

8 3,54 2,18 1,695E-04 2,752E-04 1,60689E-06 1,53813E-14 3,657E-

9 3,44 2,34 1,744E-04 2,564E-04 1,55098E-06 1,3831E-14 3,42E-

10 3,54 2,16 1,695E-04 2,778E-04 1,61431E-06 1,55954E-14 3,695E-

media 1,57144E-06 1,43888E-14 3,5E-

À partir dos dados obtidos calculamos a carga média de cada gota e calculamos a possível quantidade de elétrons em cada gota, como mostra a tabela à seguir:

Gota Carga media nº de elétrons 1 1,23253E-18 7, 2 3,81766E-18 23, 3 3,01985E-18 18, 4 3,45408E-18 21, 5 1,49862E-18 9, 6 3,49975E-18 21,

Conclusão

Conclui-se que para o experimento de Thomson o valor obtido é muito próximo do valor utilizado atualmente na física, logo este experimento foi mais preciso e com montagem mais prática.

No experimento de Millikan torna-se difícil calcular o valor da carga do elétron, pois possui-se o valor da carga da gota, mas não se sabe sobre a quantia de elétrons dentro da gota, então não se chega à um resultado de maneira simples, em outras palavras, obtém-se o valor da carga aproximada da gota, observa-se que a quantia de elétrons calculada não dá um número inteiro, isto dificulta a obtenção de dados.

Bibliografia

[1] The King’s Centre for Visualization in Science (KCVS). Exploration of Cathode Ray Tubes and Thomson’s Work. Disponível em < http://www.kcvs.ca/site/projects/physics_files/ thompson/resources/exploration.htmlswf>. Acesso em 20 de maio de 2016.

[2] The King’s Centre for Visualization in Science (KCVS). Millikan Oil-Drop Experiment.

Disponível em < http://www.kcvs.ca/site/projects/physics_files/millikan/resources/ experiment.html>. Acesso em 20 de maio de 2016.