Considere las siguientes partículas subatómicas: electrón, protón, neutrón, partícula alfa y positrón,
¿Si Ud. calcula el valor absoluto de la razón carga-masa |q/m| para cada una de las partículas.
¿Cuáles de ellas tendrían el mismo valor de q/m?
Cual(es) es la partícula(s) presenta el mayor valor de q/m?
Cuál partícula presenta el valor menor (no nulo) de q/m ?
¿Para cuál partícula el valor de q/m es nulo?
Respuestas
Respuesta:
Explicación:
En este programa, se ha tratado de reproducir las características esenciales del experimento real llevado a cabo por Thomson a finales del siglo XIX. El objetivo del experimento era describir la naturaleza corpuscular de los denominados rayos catódicos.
El experimento constaba de dos fases
La determinación de la velocidad del haz de electrones mediante un campo eléctrico y otro magnético perpendiculares entre sí y a la dirección del haz. Se ajusta la magnitud de los campos hasta conseguir que el haz no se desvíe.
Una vez conocida la velocidad de los electrones, se procede a la determinación de la relación carga/masa, midiendo la desviación del haz bajo la acción del campo eléctrico existente entre las placas del condensador.
Medida de la velocidad del haz de electrones
El selector de velocidades es una región en la que existen un campo eléctrico y un campo magnético perpendiculares entre sí y a la dirección de la velocidad de los electrones. En esta región, los electrones de una determinada velocidad no se desvían, si se ajusta convenientemente, la intensidad de los campos eléctrico y magnético.
El campo eléctrico ejerce una fuerza en la dirección del campo pero en sentido contrario, ya que la carga es negativa. El módulo de la fuerza es Fe=q·E
El campo magnético ejerce una fuerza cuya dirección y sentido vienen dados por el producto vectorial Fm=q·v´B cuyo módulo es Fm=q·v·B. De nuevo, por ser negativa la carga, el sentido de la fuerza es contrario al del producto vectorial v´B.
THOM_1.gif (1643 bytes)
Los electrones no se desvían, si ambas fuerzas son iguales y de sentido contrario.
Por tanto, atravesarán el selector de velocidades sin desviarse, aquellos electrones cuya velocidad v sea igual cociente E/B.
Medida de la relación carga/masa
La trayectoria seguida por el haz de electrones entre las placas del condensador, la hemos estudiado ya en la página dedicada al estudio del osciloscopio. Volveremos a repetir las ecuaciones del movimiento.
Movimiento entre las placas del condensador
Cuando eliminamos el campo magnético, el electrón se mueve bajo la acción de la fuerza eléctrica F=qE constante en la región del condensador perpendicular a la dirección inicial de su velocidad. Utilizamos las ecuaciones del movimiento curvilíneo bajo aceleración constante
Si L es la longitud del condensador, la desviación vertical y de la partícula al salir de sus placas será
THOM_2.gif (3361 bytes)
Movimiento fuera de las placas del condensador
Una vez que el electrón ha salido de las placas del condensador, sigue un movimiento rectilíneo uniforme, hasta que llega a la pantalla. La desviación total del haz en la pantalla situada a una distancia D del condensador es
Donde vy y vx son las componentes del vector velocidad en el instante en el que el electrón abandona la región situada entre las placas del condensador x=L.