Estudo experimental do movimento de partículas carregadas em campos elétricos e magnéticos: seletor de velocidades

Abstract

Neste trabalhoé apresentado um experimento incluído no contexto de experimentos longos adotado nas disciplinas experimentais de eletricidade, magnetismo eóptica, e consiste na caracterização de um seletor de velocidades que funciona com campos elétricos e magnéticos cruzados. Utiliza-se um tubo de raios catódicos para gerar um feixe de elétrons. As placas de deflexão vertical do tubo geram o campo elétrico e um par de bobinas, com os eixos perpendiculares ao eixo do tubo, gera o campo magnético. São realizados estudos de trajetória dos elétrons com auxílio de um programa de simulação de elétrons. Palavras-chave: campos elétrico e magnético, seletor de velocidades, trajetória de elétrons.In this work we present an experiment included in the context of long-duration experiments adopted in the electricity, magnetism and optics experimental disciplines, which consists in characterizing a velocity selector working with crossed electric and magnetic fields. We make use of a cathode ray tube to generate an electron beam. The tube's vertical deflection plates generate the electric field and a pair of coils with their axis perpendicular to the tube, generate the magnetic field. We perform investigations of the electron trajectory with the support of a simulation code. Keywords: electric and magnetic fields, velocity selector, electron trajectory. IntroduçãoO experimento a ser descrito faz parte de uma filosofia adotada nas disciplinas experimentais de eletricidade, magnetismo eóptica, a qual consiste em ministrar experimentos longos com a finalidade de explorar de forma mais profunda os conceitos físicos e procedimentos experimentais. O experimento em questãoé realizado pelos alunos durante 6 aulas, cada uma com aproximadamente 4 horas de duração, ou seja, o experimentoé realizado em 6 semanas.Os conceitos experimentais de campos elétricos e magnéticos são explorados por meio de experimento que utiliza um feixe de elétrons para compor um equipamento denominado seletor de velocidades. Procedimentos experimentais são delineados com o objetivo de caracterizar o equipamento. Em um seletor de velocidades, partículas carregadas sofrem diferentes deflexões de acordo com suas velocidades [1,2]. Esse dispositivó e também chamado de filtro de velocidades ou filtro de Wien, por fazer uma seleção dos objetos que o atravessam.O princípio de funcionamento do seletor está baseado no fato de que partículas carregadas em movimento sofrem a ação de forças quando cruzam uma região onde existe um campo elétrico ou um campo magnético, ou ambos. Se o objetivoé selecionar partículas por sua velocidade, fica evidente que as forças que vão atuar sobre as mesmas devem ser perpendicularesà sua trajetória, para separá-las. Há portanto uma aceleração perpendicular ao movimento, que muda a direção da trajetória.Um seletor de velocidadesé composto por um campo elétrico e um campo magnético uniformes, superpostos e perpendiculares entre si. Esses campos são previstos para funcionarem de tal forma que desviem as partículas carregadas que passam através ...

Uma proposta de baixo custo para experimentos com raios catódicos

“…Houve ainda a necessidade de se conhecer como os experimentos para determinação da relação carga/massa do elétron são realizados na atualidade, compreender o funcionamento dos kits, os equipamentos que o compõem, quais as grandezas físicas observadas e analisadas e os valores de mercado dos mesmos (CARLIN et al, 2009;KRAFTMAKHER, 2015;SIL-VA;SANTOS;DIAS, 2011).…”