Relação Carga-Massa - DIY

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
CAMPUS CATALÃO
Departamento de Física

Laboratório de Física Moderna

Relação Carga/Massa do Elétron

Catalão, 2014

 Objetivo do experimento:
Determinação da razão entre a carga e a massa do elétron a partir das medidas dos raios da trajetória de um feixe de elétrons gerado por um tubo de feixe colimado.

 Descrição Teórica:
Carga específica, como é chamada a razão carga/massa, também poder ser nomeada por e/m no caso do elétron. J. J. Thompson, foi quem primeiro determinou a razão e/m em um experimento realizado em 1897. Em uma série de experimentos, ele utilizou campos magnéticos para defletir raios catódicos produzidos em ampolas preenchidas por diferentes gases e notou que a razão m/e não dependia do gás contido na ampola. Vinte anos mais tarde, Millikan mediu a carga do elétron permitindo a determinação da sua massa. Para a determinação experimental da razão carga/massa do elétron, não existe muita complicação. Um elétron movendo-se com velocidade v perpendicularmente a um campo magnético uniforme B fica sujeito a uma força magnética dada por:
⃗
F =e ( ⃗v × ⃗
B ) (1) que é perpendicular ao campo magnético B e à velocidade v. Esta atua como força centrípeta mantendo o elétron em uma órbita de raio r , isto é: v2 e v
(2)
evB=m ⇒ = r m rB
*Notar que v ⊥ B
No experimento os elétrons são acelerados por um potencial V, de modo que a sua energia cinética é dada por:
1
2 eV = m v (3)
2
De (2) e (3) obtemos a carga específica do elétron como: e 2V
=
(4) m ( rB )2 assim conhecendo-se a intensidade do campo magnético B, o potencial acelerador V, e o raio da órbita do elétron determinamos a razão e/m.
Conhecida agora a relação para a obtenção da relação carga/massa, basta apenas saber qual o potencial V e o campo magnético. Utilizando duas fontes (uma para acelerar os elétrons no tubo e outra para gerar correntes), um tubo de feixes colimados, um par de bobinas de Helmholtz, fios de