Ondas e Partículas

Raios Catódicos
Marisa Almeida Cavalcante
[email protected]
Elétron
John
Joseph
Thomson,
considerado o pai do elétron,
propõe esta partícula como
constituinte
fundamental
da
matéria em 1897 a partir dos
experimentos
iniciados
por
William Crookes
John Joseph Thomson
William Crookes
Ampola de Geissler
Artigo que traz um pouco da história da evolução dos tubos de Geissler até as
válvulas a vácuo de Bassalo, J. M.F.
Ornamentos tal como os abajur de neon
Heinrich Geissler
http://www.sparkmuseum.com/GLASS.HTM
Tubos de Geissler
Tubos de Geissler
A medida que se reduz a pressão a luz passa de continua para
estriada , surge ao redor do catodo uma luz azul e pontos azuis
no catodo. Surge também entre a luz azul e a 1ª estria
luminosa um espaço escuro chamado espaço negros de
Crookes.
Quando a pressão atinge valores inferiores a 10-3 mm de Hg
este espaço escuro ocupa toda ampola. Neste caso temos os
tubos de Crookes que estão a alto vácuo.
Para esta condição surge uma luz “esverdeada” ou azulada na
parede oposta ao catodo – Por isso chamado de Raios
Catódicos .
Propriedades dos Raios Catódicos
Veja algumas propriedades disponíveis no blog
Propagação retilínea ( alta inércia)
Desvio na presença de campo magnético
Excitam material fluorescente
Aquecem a superfície onde se chocam
Exercem ação mecânica
Campos Magnéticos sobre cargas em movimento
Para cargas positivas
Fmag= qvBsenq
Se v perpendicular a B
Força é máxima e a carga
executa um MCU
Carga positiva
Clique na imagem para acessar o simulador
Determinação de e/m de elétrons:Método de Lenard
Clique na figura para acessar o simulador
Cilindro colimador
O elétron sai do cilindro com uma velocidade v que depende da tensão
fixada entre K e A
1 2
Ec  m.v  eV
. AK
2
e
v2
1ª relação e/m

m 2VAK
Eq.1
Aplica-se B perpendicular a V
v2
evB  m
R
e
v

Eq.2
m RB
Ciclotron simulação
e w 2
 
m B TB
(eq 2) 2 e 2VAK v 2
  2 2 2
(eq1) m v R B
e 2VAK
 2 2
m R B
Para calcular o campo magnético B, a primeira e quarta equações de Maxwell são
usadas, no caso particular de não haver campo elétrico dependente do tempo.
Obtemos a intensidade de campo magnético Bz sobre o eixo-z de uma corrente
circular I para um arranjo simétrico de 2 espiras separadas por uma distância a
com
0 = 1,257  10-6 V.s/A.m
e R o raio das espiras.
Para o arranjo de Helmholtz de duas bobinas (a = R) com número de espiras n, o
campo B no centro entre as bobinas é dado por:
3
I
4 2
B    .0 .n.
R
5
Para as bobinas usadas, R = 0.20 m e n = 154.
Visualize a ampola de Lenard nos vídeos abaixo
Vídeo 1 – visão geral do equipamento
Vídeo 2 – alterando o valor do campo B
Vídeo 3 – Efetuando uma medida
Vídeo 4 – trajetória Helicoidal
Experimento de Thomson
Determinação carga especifica do elétron
Dedução da equação
1
2
3
4
Tipo de Movimento em cada região
1 Movimento acelerado
2 Movimento Retilíneo e Uniforme
3 Com Campo Elétrico - Componente horizontal MRU
Componente Vertical Movimento variado
4
Movimento Retilíneo e Uniforme
y
x
Componente vertical
F  ma
L
eE  ma
+
y0
-
Δy
1 2
y  at
2
+
y0
y 
Δy
1 2
at (eq1)
2
O tempo que o elétron leva para percorrer a distancia L
A componente horizontal de velocidade não varia e é dada por:
L
vx 
t
t
(eq2) em (eq1)
1 L
y  a 
2  vx 
L
vx
eE  ma
(eq2)
a
(eq4) em (eq3)
2
(eq3)
1 e L
y 
E  
2 m  vx 
e
E (eq4)
m
2
e 2y (vx ) 2

m
EL2
e 2y (vx ) 2

m
EL2
Eliminando esta incógnita
Aplicando B de tal modo a gerar Fmag que compensa a Força elétrica e o feixe
retorna a origem.
Fe
E
vx 
B
e vx B = e E
e 2y  E 
 2 
m EL  B 
Fmag
e 2yE
 2 2
m BL
2
tela
+
y0
e 2yE
 2 2
m BL
2 y Y

L
M
Y
Δy
y Y

L M
2
Y
Δy
M
LY
2y 
M
e
2YE
 2
m B LM
e 2 LYE
 2 2
m B LM
Uma simulação disponível na web
Simulação desenvolvida por Mario Fontes PUC/SP