Carica elementare di un elettrone

Materie:	Appunti
Categoria:	Fisica
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Data:	27.02.2009
Numero di pagine:	3
Formato di file:	.doc (Microsoft Word)

Carica elementare di un elettrone
Lo scopo dell'esercitazione e quello di determinare il rapporto carica e massa(e/m) di un elettrone servendoci di un tubo a raggi catodici.
Abbiamo quindi utilizzato un tubo a raggi catodici contenente Argon , due bobine di raggio 20 cm composte ciascuna da 154 spire, un alimentatore di corrente continua con differenza di potenziale da -50V a +250V e un'alimentatore di corrente continua utilizzato per creare il campo magnetico tra le due bobine. Inoltre sono stati collegati ai capi due voltometri che misurano la differenza di potenziale collimatrice e la differenza di potenziale acceleratrice e un amperometro che misura l'intensità di corrente che genera il campo magnetico.
Richiami teorici: Una carica elettrica q, che si muove con velocità v perpendicolarmente alle linee di forza di un campo magnetico di induzione B uniforme, è sottoposta ad una forza, detta di Lorentz, data dall'espressione: F=qvB.
Essendo la forza di Lorentz perpendicolare alla velocità e quindi allo spostamento, non compie valore e pertanto essa non produce alcun cambiamento nell'energia cinetica della carica e quindi del modulo della sua velocità. L'azione di questa forza, che svolge il ruolo di forza centripeta, è quello di cambiare la direzione della velocità della carica costringendla a muoversi di moto circolare uniforme; pertanto si può scrivere:
Se la carica è quella di un elettroene emesso per effetto termoelettronico da un'elettrodo riscaldato(catodo) ed accelerato verso un anodo forato da una tensione V, la sua energia cinetica è data da :
Isolando v2 dalla(2) si ottiene quindi che:
Semplificando v nella (1) ed elevando entrambi i suoi termini al quadrato si ricava che :
Sostituendo la (2') nella seconda equazione della (1') si ottiene che il rapporto carica e massa elettone è dato quindi da :
Per determinare il rapporto carica massa dell'elettrone si utilizza un tubo catodico riempito di Argon con un catodo che emette elettroni per effetto termoelettronico e un anodo forato per il loro passaggio. La differenza di potenziale fra anodo e catodo fornita dal generatore di alta tensione deve poter essere variata nell'intervallo da -50 V a +250 V. Il generatore fornisce una corrente continua alle due bobine che sono in grado di generare nella regione centrale una campo B.
L'energia cinetica degli elettroni all'uscita dall'anodo è sufficiente per eccitare per urto gli atomi di Argon che in breve tempo decadono allo stato fondamentale emettendo fotoni rendendo così visibile la loro traiettoria circolare posta nel piano perpendicolare all'asse delle bobine. All'interno del tubo sono poste delle tacchete fluorescenti che permettono di misurare il diametro della circonferenza creata dai fotoni emessi dall'urto tra elettroni e atomi di Argon.
Un primo esperimento è quello di alimentare il tubo catodico senza fornire corrente elettrica alle due bobine. Dopo alcune secondi porre una calamita vicino al tubo catodico notando come il fascio di fotoni, che in assenza di campo magnetico è rettilineo, modifica la sua traiettoria.
Dopodiché si alimentano le bobine e il tubo a raggi catodici con valori diversi di corrente.Si può notare come all’interno del tubo, cambiando i valori di corrente e di voltaggio, la curvatura cambiava assumendo raggio inferiore o maggiore.
Otteniamo così una serie di dati che riassiumiamo nella seguente tabella.
Prendendo ora in considerazione i valori ottenuti dalla formula del rapporto e/m ricaviamo un valore medio ottenendo :
Andando a guardare sul libro vediamo che il rapporto e/m teorico è di 16,0/9,1 *1011 c/kg. Si può notare dai dati raccolti che il valore del rapporto e/m calcolato sperimentalmente si avvicina a quello teorico.