Nesta etapa do experimento iremos estudar o movimento dos elétrons produzidos no TRC em campos elétricos. O TRC possui dois conjuntos de placas defletoras, um conjunto vertical e o outro, horizontal. Utilizaremos o conjunto vertical. Do modelo teórico ideal desenvolvido em sala de aula, a deflexão (h) do feixe de partículas em função da tensão de aceleração (VAC) e da tensão de deflexão (VP) aplicada entre as placas verticais, pode ser escrita como:

\(h = A'\frac{V_{P}}{V_{AC}} \)

onde A' é uma constante de proporcionalidade que depende de vários fatores geométricos do aparato experimental. Os nossos objetivos desta semana são:

  1. Estudar o movimento de elétrons em campos elétricos e verificar a aplicabilidade do modelo ideal construído, isto é, estudar o deslocamento em função da tensão de aceleração e da tensão entre as placas
  2. Determinar a constante de proporcionalidade A'.

No modelo ideal construído, A' depende do comprimento das placas ideais, da distância entre estas placas ideais à tela do TRC e da distância entre as placas. Há uma ambiguidade na determinação destes parâmetros, pois temos uma constante de proporcionalidade, A', e três variáveis. Para reduzir esta ambiguidade vamos fazer uso de simulações detalhadas do campo elétrico experimental e, destas simulações, e outras hipóteses, também como objetivo:

  1. Determinar, a partir de uma simulação realista do campo elétrico aplicado entre as placas, o seu tamanho efetivo.
  2. A partir disto, considerando as distâncias envolvidas, determinar a distância efetiva entre as placas de deflexão

Para atingir estes objetivos, sugerimos o seguinte procedimento experimental:

  1. Monte o TRC, aterrando as placas horizontais para não ter deflexão nesta direção. Lembre-se, conforme discutido em aula, de alinhar o TRC com o campo magnético local, de modo a minimizar a sua ação sobre os elétrons do feixe.
  2. Para uma tensão entre as placas fixa, meça a dependência do deslocamento h com a tensão de aceleração. Normalmente é possível variar a tensão de aceleração entre ~ 400 e ~ 1200 V. Escolha a tensão entre as placas de modo a aproveitar bem o espaço disponível na tela do TRC.
  3. Para uma tensão de aceleração fixa, meça a dependência do deslocamento h em função da tensão entre as placas. Normalmente é possível variar a tensão entre as placas entre ~ 0 e ~ 30 V. Escolha uma tensão de aceleração adequada para aproveitar bem o espaço disponível na tela do TRC.
  4. Faça gráficos apropriados destes estudos e, das suas análises, determine a constante A' do seu TRC. O modelo ideal é compatível com os dados?
  5. COMPARE OS SEUS RESULTADOS COM OS OBTIDOS PELOS DEMAIS GRUPOS.
  6. Todos os TRCs podem ser considerados iguais? Você precisa se preocupar em utilizar sempre o mesmo TRC durante o experimento?

No modelo ideal, a constante A' depende de vários parâmetros geométricos do TRC "ideal". Para determinar estes parâmetros sugerimos a seguinte abordagem:

  1. Simule o campo elétrico gerado pelas placas de deflexão do TRC. Isto pode ser feito resolvendo numericamente a equação de Laplace no Excel, conforme discutido em sala, ou utilizando um programa de simulação de campos elétricos como o FEMM.  Ver dimensões das placas nas figuras 1 e 2. Note que temos dois modelos de TRC. Confirme qual é o seu.
  2. A partir desta simulação, compute o impulso acumulado pelo elétron ao atravessar a região de campo. Este impulso acumulado é muito pequeno quando o elétron incide na região de campo e vai aumentando até atingir um valor máximo, quando o elétron deixa de sentir a presença deste campo.
  3. Defina um intervalo de acúmulo de ~ 95% do impulso total e determine as posições espaciais onde isto ocorre na região de campo elétrico. Você pode admitir que este é o tamanho efetivo das placas de deflexão.
  4. Utilize este tamanho efetivo e a geometria do TRC para determinar os demais parâmetros.
  5. Compare os seus resultados aos de seus colegas. Os valores obtidos são razoáveis, em comparação às dimensões observadas no TRC?

Para detalhes de como montar o aparato experimental e como fazer as simulações e análise, olhe as notas de aula disponíveis.

Figura 1 - TRC modelo 150BTB31.

Figura 2 - TRC modelo "novo".

Última atualização: segunda-feira, 1 set. 2014, 22:05