Seletor de velocidades

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Física Experimental III
Relatório – Experiência 2 Seletor de velocidades
DANIEL LUQUEZ VIANNA
N° USP: 5992556

TIBÉRIO FERRARI
N° USP: 6434551

Instituto de Física da USP, São Paulo 10 de novembro de 2009 Prof.º Paulo Artaxo

Resumo
O presente estudo foi realizado ao longo de seis aulas e tinha por objetivos a caracterização de um seletor de velocidades, um dispositivo capaz de escolherpartículas carregadas em um feixe de acordo com suas velocidades; e de um tubo de raios catódicos (TRC). Inicialmente foi construído um modelo em escala das placas dentro do TRC e mapeado o potencial ao longo da linha média entre estas, local que passaria o feixe de elétrons no tubo real. Na segunda parte do experimento foram estudados os efeitos do campo elétrico sobre o feixe de elétrons. Foramconsideradas paralelas as placas de ambos os arranjos, para simplicidade de cálculo. O modelo, que considera Vp (tensão entre as placas) proporcional à h (altura do feixe na tela) foi constatado válido e com a relação expressa por: Up = (6,745 ± 0,033)h + (0,028 ± 0,018) V. Na terceira experiência foi construída uma simulação, através do programa FEMM, para fins comparativos entre o campo magnético e ofeixe de elétrons. Com um sensor de efeito Hall obteve-se um coeficiente angular B/I (razão campo magnético e corrente do -5 solenóide) como sendo β = 0,0019 ± 1,7 10 T/ A. Ademais, considerando a bobina um solenóide ideal cujo raio é dado por r = 15,95 mm obteve-se uma indutância de B = 0012 ± 0,3930 T/ A. Dos experimentos anteriores é mister a calibração do arranjo para melhor entendimento doseletor e assim a posterior escolha dos parâmetros de velocidade. Além disso, obteve-se o valor entre as placas aceleradoras do TRC de Deff = 0,0033 m. Finalmente, depois de perquirir o campo elétrico e magnético e suas influências no feixe, foram conhecidos os limites do equipamento TRC com a seguinte relação R = ∆νx/νx que demonstra a ocasião em que este age como um bom seletor. Determinamos então umafaixa de operação do TRC em que o mesmo operará como um seletor de velocidades para uma 7 tensão aceleradora de Uac = 700 ± 10 V e uma velocidade dos elétrons de vx = 1,6 10 ± 1,2 10 11 m/s.

1. Introdução
O estudo do seletor de velocidade é uma parte importante da física nuclear, para tal é necessário dizer que é um dispositivo que seleciona um feixe de partículas carregadas, de acordo com suavelocidade. Por exemplo, faz parte de espectrômetros de massa e determina com grande precisão a composição química pela razão massa-carga da amostra. Um seletor funciona acelerando um feixe de partículas carregadas, portanto aplicando uma força, e fazendo esse feixe passar por campo elétrico e/ou magnético e tal feixe sofre diferentes deflexões de acordo com sua velocidade. O objeto de estudo dessaexperiência é o Tubo de Raios Catódicos (TRC); o mesmo usado nas TVs de tubo; é um seletor que acelera um feixe de elétrons e o seleciona quando esse passa por campo elétrico e magnético. O feixe no TRC é gerado num filamento que ao se aquecido libera elétrons, selado num vidro com baixa pressão. Tal processo que ocorre é a emissão termiônica. Os elétrons são

acelerados por dois dispositivos,anodo 1 e 2, que aplicam um diferencial de potencial que acelera o feixe para a tela fosforescente, gerando um ponto luminoso. Eles são desviados por um par (no nosso caso) de placas que permitem a instalação de campo elétrico perpendicular à trajetória do feixe.

Figura 1. Foto do TRC usado no experimento.

Figura 2. Esquema do acelerador e das placas defletoras.

2

Nesse experimentoutilizaremos um par de placas e um conjunto externo de bobinas para gerar o campo magnético.

1.1 Fundamentos teóricos
Como foi dito será usado dois campos, o elétrico e magnético. Esses campos são perpendiculares a direção do feixe.

r ˆ v0 = v0i r B = − By ˆ j r ˆ E=E k
z

(1) (2) (3)

Assim podemos descrever a força em cada partícula do feixe, quando esse passa pela placa e pela região da bobina como...
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