5 sessione di laboratorio: Carica specifica dell'elettrone

Misura del rapporto e/m
Mediante l’utilizzo del tubo a fascio filiforme è possibile lo studio dell’interazione fra campi
magnetici continui e fasci elettronici (verifica della legge di Lorentz, la deflessione
dell’elettrone fino ad ottenere un percorso chiuso); inoltre è possibile la misura del rapporto
e/m mediante deflessione magnetica e la determinazione dell’ordine di grandezza della
velocità degli elettroni.
L’apparecchio in oggetto è costituito essenzialmente da una ampolla di vetro riempita di gas
(azoto) a bassa pressione. Ad un estremo, un filamento di tungsteno incandescente provoca,
per effetto termoionico, l’emissione di elettroni i quali vengono opportunamente concentrati in
un sottile fascio che, normalmente, è diretto verso l’alto. Questo fascio di elettroni è reso
visibile dalla scia luminosa che si forma per la presenza del gas rarefatto. Il fascio di elettroni
viene emesso in direzione verticale e può essere deviato o mediante un campo elettrico
(applicando una differenza di potenziale alle placche di deviazione) o mediante un campo
magnetico. Per poter determinare la carica specifica dell'elettrone, il fascio deve essere
disposto in un campo magnetico omogeneo di direzione perpendicolare alla direzione del
fascio. Il campo magnetico omogeneo si ottiene utilizzando due bobine di Helmholtz, cioè
due sottili bobine anulari disposte parallelamente tra di loro ad una distanza uguale al loro
raggio ed alimentate dalla stessa corrente nella stessa direzione. Le bobine hanno raggio 150
mm, sono costituite ciascuna da 130 spire, sono poste a distanza di 150 mm e sono caricabili
fino a 5 A. La figura riporta lo schema di collegamento
Sfruttando la perpendicolarità tra la direzione iniziale del raggio elettronico e la direzione del
campo magnetico, si regolano l'intensità della corrente che produce il campo magnetico e la
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tensione acceleratrice fino ad ottenere che il fascio di elettroni percorra una traiettoria
circolare. In tali condizioni risulta 1' uguaglianza tra forza di Lorentz e forza centripeta
e tenendo conto che
e v B =m v 2 /r
½ m v 2 = e V
si può ottenere il valore di e/m come funzione della tensione acceleratrice V, del raggio r della
circonferenza, e della densità di flusso del campo magnetico B
e/m = 2 V /(B 2 r 2 )
N= numero spire (130)
R B = raggio bobina = 150 mm
I = corrente che attraversa la bobina
- Fissa il valore del potenziale:
V =……………….volt
Attività 1: Potenziale fisso
- Varia l’intensità di corrente I (A) e utilizzando il regolo posto dietro l’ampolla misura il raggio
elettronico r(m). Con l’aiuto di un foglio di lavoro Excel riempi la seguente tabella
(r+/- 0,01)m (I+/-0,01) A (V+/-2) volt r^2(m^2) B (Wb/m 2 ) e/m (C/Kg) 1/B^2 (Wb/m 2 ) -1
- Fai un grafico di r 2 in funzione di 1/B 2
1/B 2 = r 2 (e/m*1/2V)
- Stima la pendenza della retta ottenuta e confrontala con il valore atteso
- Riporta la stima del rapporto e/m:............................................
Attività 2: Intensità di corrente fissata
Fissa il valore dell’intensità di corrente I = ...............
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Fai variare il potenziale, quindi misura r. Con l’aiuto di un foglio di lavoro Excel riempi la seguente
tabella
(r+/- 0,01)m (I+/-0,01) A (V+/-2) volt r^2(m^2) B (Wb/m 2 ) e/m (C/Kg) 1/B^2 (Wb/m 2 ) -1
Fai il grafico di r 2 in funzione di V
- Stima la pendenza della retta ottenuta e confrontala con il valore atteso
- Riporta la stima del rapporto e/m:............................................
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