Física Experimental IV Curso 2014 Clase 2 Página 1 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas -...

Física Experimental IV Curso 2014

Clase 2 Página 1

Departamento de Física

Fac. Ciencias Exactas - UNLP

Rayos catódicos

Obs. 1897 P. N. 1906

Joseph John Thomson

Cambridge, Inglaterra

b. 1856d. 1940

"in recognition of the great merits of his theoretical and experimental investigations on the conduction of electricity by gases"

Prehistoria de los rayos catódicos.

Cuando el origen de la electricidad aún no era bien conocido, ya se usaban tubos de vidrio con un ánodo y un cátodo y se observaban descargas eléctricas en ellos.

No hay imagenes de esos primeros pasos.

Michael Faraday (1791-1867) observó que una fluorescencia podía observarse entre los electrodos cuando la presión del gas se reducía.


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Joseph John Thomson Rayos catódicos 1855 - 1896.

1855

Geissler era un vidriero de la Universidad de Bonn (Alemania).

J. Pluecker, le encarga evacuar tubos para estudiar las descargas eléctricas en gases.Heinrich Geissler desarrolla la bomba de vaciode mercurio. Esto permitió hacer buenos tubos de vacio.

1904

... Supuso que el átomo consistía de corpúsculos negativos moviendose en una esfera de electricidad positiva...

Rayos catódicos


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Bombas de vacío y tubos de Geissler .


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Julius Plücker.

1801 -1868

Matemático y físico.

Universidad de Bonn

1858

Plücker observa la influencia de un campo magnético sobre la fluorescencia en las paredes del tubo.


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Johann Wilhelm Hittorf (1824-1914)

1824-1914

1869

J.W. Hittorf observa que un sólido puesto en el camino de los rayos produce una sombra en la fluorescencia del extremo del tubo.

Los rayos se propagan en línea recta.

Profesor de física y química en la Universidad de Münster , contribuyó poderosamente al desarrollo del electroquímica con innumerables inventos. Descubrió los rayos catódicos con su maestro Plücker con el que estudió también las variaciones del espectro al variar la atmósfera. El tubo de Hittford por él inventado aparece como precursor del tubo de Crookes.


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Sir William Crookes

1832-1919

1875

Crookes mejora mucho el vacío en los tubos.

Reproduce los experimentos the Plücker y Hittford.

Introduce obstaculos y molinos en el paso de los rayos.


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Eugen Goldstein

1850-1930

1876 - Introduce el nombre de rayos catódicos para los rayos que salen del cátodo.

1886 - Goldstein perfora el cátodo de un tubo de rayos catódicos y descubre los "rayos canales".

Universidad de Berlin.


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Phillip Lenard

1862-1947 1892, Phillip Lenard junto con Heinrich Hertz descubren que bajo ciertas condiciones los rayos catódicos pueden penetrar metal. Lenard logra que los rayos catódicos atraviesen una delgada lámina de metal liviano y salgan del tubo de Crookes. Lenard probó que los rayos catódicos no eran un fenómeno exclusivo del vacío.

"for his work on cathode rays"

PN 1905


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Determinación de la carga específica del electrón.

1904

... suppose that the atom consists of a number of corpuscles moving about in a sphere of uniform positive electrification...

La fosforescencia verde es causada por los rayos catódicos en su interacción con el vidrio.

Hubo una gran cortroversia sobre la naturaleza de estos rayos.

Dos opiniones prevalecieron:

Una, sostenida por los físicos ingleses era que los rayos eran cuerpos negativamente cargados disparados por el cátodo con gran velocidad.

La otra visión, sostenida por la mayoría de los físicos alemanes, era que los rayos eran algún tipo de vibración etérea u onda.


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)( BvEqF

Sobre una partícula con carga q que se mueve con velocidad v en en un campo eléctrico y magnético aparece una fuerza F:

Si no hay campo magnético aplicado:

x

yz

zz eEF x

zzz v

LE

m

etE

m

ev

Placas condensador (L)Pantalla fluorescente

Determinación de e/m


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Si no hay campo magnético aplicado:

x

yz

zz eEF x

zzz v

LE

m

etE

m

ev

Para medir vx, aplicaba un campo magnético de manera que la F neta sobre la carga sea nula:

y

zxyxz B

EvBeveE

x

z

v

vtg 2

x

zv

LE

m

etg

)(2 tgLB

E

m

e

y

z

Con este método, Thomson obtuvo e/m= 1.77x1011 C/kg (el valor actualmente aceptado para e/m= 1.7588196 x1011 C/kg).



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L D

1z

2z

D

ztg 2

2

1 2

1

x

z

v

L

m

eEz

y

zx B

Ev

D

L

v

LE

m

e

v

LE

m

eD

v

L

m

eEzz

x

z

x

zx

z

22

122

2

21


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Método de Lenard

Lenard en 1898 usó un método ligeramente diferente para medir la relación e/m de partículas negativas liberadas por una placa de metal iluminada con luz.

m

eVveVmv

2

2

1 22

evBR

vm

2

22

2

BR

V

m

e



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Como determinar R? Rsend 1

)cos1(2 Rd

222

22

1 2)cos1(2 RdRdd

2

22

21

2d

ddR



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Rayos X


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Como vamos a determinar e/m ?

El método que vamos a usar se diseño basándose en el experimento de Bainbridge (Phys. Rev. 42, 1 (1932)).

Dispositivo experimental

Tubo de vidrio lleno con helio a una presión de 10-2 mm Hg

Anodo

~ 6.3 V

Cátodo emisor de e-

150-300 V

(1/2) m v2 = eV



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Si se hace circular una corriente por las bobinas, los electrones sufrirán una

fuerza perpendicular a la dirección de movimiento con magnitud:

Puesto que la F es siempre perpendicular a la dirección de movimiento, el camino seguido por los electrones será circular con un radio R, tal que:

F = e v B

F = mv2 / R

(1/2) m v2 = eV

Combinando estas tres ecuaciones se obtiene: e/m = 2V / B2R2

El campo magnético producido cerca del eje del par de bobinas es:

B = N0i / (5/4)3/2a

N: numero de espiras (130), a = radio de las bobinas (15 cm)

V: potencial acelerador, 0 = 4 x 107, i=corriente.



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El aparato ha sido posicionado tal que las bobinas son coaxiales con el campo magnético terrestre . En Middlebury, el campo magnético terrestre hace un ángulo de 40o con la vertical.


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• Universidad Middlebury

• La Universidad Middlebury (Middlebury College) es una universidad privada ubicada en Middlebury, Vermont, Estados Unidos. Es una de las universidades más rigurosas en los EEUU


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Fixed Helmholtz Field

Hacerlo para 4 valores de V y para 5 radios

Hacerlo para 4 valores de I y para 5 radios

V

2R


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Espectroscopía atómica

Posibles transiciones en el átomo de He.

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