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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 paryir 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
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
Método de Lenard
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
Método da Hélice de Busch
Equipamento desenvolvido em um TCC por Eliane Fernanda artigo publicado na RBEF-2006
ânodo
placas defletoras
cátodo
feixe defletido
1 2
mvAK  VAK .e
2
feixe não defletido
tela
v AK 
2.eVAK
m
Aplicamos um campo alternado nas placas e produzimos uma varredura na tela
divergimos um feixe de elétrons
Um campo B é aplicado paralelo ao eixo da ampola:
componente normal executa MCU e a componente horizontal MRU
Portanto teremos uma hélice cilíndrica
Componente radial ou perpendicular ao B
mvn2
 e.vn .B
r
2m
 e.B
T
mvn
 e.B
r
T 
2m
eB
Enquanto o feixe executa um MCU caminha a distancia h : passo da hélice
Teremos para um T um ponto na tela – convergimos o feixe
h
v
T
h
v
2.eVAK
m
v
2.eVAK
m
2m
T 
eB
2.eVAK
h

eB
m
2m
2.eVAK
h2
 2 2 2 e2 B 2
m
2  m
e 8 2VAK

m
B2
h
v
T
Aplica-se um campo alternado diverge o feixe
Aplicando B e variando a corrente elétrica
convergência
Equipamento
Alinhamento do eixo com B terra