Nesta etapa do experimento iremos estudar o movimento dos elétrons produzidos no TRC em campos magnéticos. O campo magnético será gerado a partir de duas bobinas posicionadas em torno do TRC, na região das placas de deflexão utilizadas na semana passada. 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 corrente nas bobinas (i) aplicada entre as placas verticais, pode ser escrita como:

\(h = C\frac{i}{\sqrt{V_{AC}}} \)

onde C 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 magnéticos e verificar a aplicabilidade do modelo ideal construído, isto é, estudar o deslocamento em função da tensão de aceleração e da corrente nas bobinas
  2. Determinar a constante de proporcionalidade C.

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

  1. Determinar, a partir de uma simulação realista do campo magnético gerado pelas bobinas, o seu tamanho efetivo.
  2. A partir disto, considerando as distâncias envolvidas, determinar a constante de proporcionalidade (beta) entre a corrente e o campo magnético médio gerado.

Para atingir estes objetivos, sugerimos o seguinte procedimento experimental:

  1. Monte o TRC, aterrando todas as placas de deflexão para minimizar a influência de campos elétricos residuais. 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. Monte as bobinas em torno do TRC, na região onde se localiza as placas de deflexão utilizadas na semana anterior. Ligue as bobinas à fonte de tensão contínua, em série uma com a outra. Tome o cuidado para que o campo gerado por cada bobina não resulte em um campo magnético nulo na região entre elas. Isto pode ser facilmente verificado posicionando uma bússola entre as bobinas e observando a direção na qual a agulha da bússola aponta.
  3. Para uma corrente nas bobinas 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 corrente nas bobinas de modo a aproveitar bem o espaço disponível na tela do TRC.
  4. Para uma tensão de aceleração fixa, meça a dependência do deslocamento h em função da corrente nas bobinas. Escolha uma tensão de aceleração adequada para aproveitar bem o espaço disponível na tela do TRC.
  5. Faça gráficos apropriados destes estudos e, das suas análises, determine a constante C do seu TRC. O modelo ideal é compatível com os dados?
  6. COMPARE OS SEUS RESULTADOS COM OS OBTIDOS PELOS DEMAIS GRUPOS.
  7. Todas as montagens das bobinas podem ser considerados iguais? Note que, apesar de as bobinas serem praticamente iguais, há escolhas de montagem (posição das bobinas em relação ao TRC e distância entre as bobinas) que afetam a constante C.

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

  1. Simule o campo magnético gerado pelas bobinas. Isto pode ser feito utilizando o FEMM. Olhe a aba "Extras" desta página para tutoriais acerca do uso do FEMM para simular campos magnéticos.
  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 magnético. Você pode admitir que este é o tamanho efetivo das bobinas para o seu modelo de campo ideal.
  4. Utilize este tamanho efetivo e a geometria do TRC para determinar os demais parâmetros.
  5. Obtenha o valor da constante beta a partir da medida de C e dos resultados das suas simulações. Este valor é razoável?
Zuletzt geändert: Donnerstag, 11. September 2014, 16:46