Liceo Scientifico Statale Galileo Galilei CATANIA Alunna/o: Elena Aloisio Classe: 5 E LABORATORIO DI FISICA Titolo dell’esercitazione:
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Calcolo del rapporto e/m tramite Bobine di Helmoltz Introduzione teorica generale
[dire qual è il tema/scopo dell’esperimento e parlarne IN GENERALE]:
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Gli elettroni sono
particelle subatomiche con
carica elettrica negativa che insieme ai
protoni e ai
neutroni
,
sono componenti degli atomi e, sebbene contribuiscano alla massa totale dell'atomo per meno dello 0,06%, ne caratterizzano sensibilmente la natura e ne determinano le proprietà chimiche. Furono scoperti nel 1897, anno in cui Joseph John Thomson (1865­1940), osservò che i raggi catodici erano sensibili ai campi elettrici e magnetici e che si comportavano come particelle cariche negativamente, e progettò un esperimento per determinare le caratteristiche di queste particelle. Egli riuscì anche a determinare il rapporto carica/massa in funzione di altre grandezze dell’apparato. Abbiamo eseguito un esperimento nel quale abbiamo collocato un’ampolla al centro di una coppia di bobine di Helmoltz che opportunamente alimentate hanno prodotto un campo magnetico dove n è uguale al numero delle spire (=130) e R è il raggio della bobina (=15cm). Un elettrone che si muove di velocità
v
è soggetto alla forza di Lorentz il cui modulo è
F=QvB,
simile ad una forza centripeta che obbliga gli elettroni a deviare il loro percorso creando un’orbita circolare. Da ciò deriva: Gli elettroni prodotti dal catodo vengono accelerati dal campo elettrico di potenziale
V
, acquistando energia cinetica: Ricavando
v
e sostituendolo nella precedente equazione si ottiene: => Lo scopo dell’esperimento è quindi di verificare il rapporto e/m e osservare la deviazione del percorso degli elettroni 1 Laboratorio di fisica ­ RELAZIONE Schema/disegno descrittivo dell’esperimento
[fare un disegno dell’apparato, anche con delle scritte esplicative]
: Descrizione dell’apparato: ●
Due bobine di Helmholtz (bobine circolari poste a una distanza uguale al loro raggio; quando sono percorse da una corrente che circola nello stesso verso, generano due campi magnetici di verso concorde che danno luogo nella zona centrale a un campo magnetico uniforme ●
Ampolla contenente idrogeno a bassissima pressione per poter vedere il fascio di elettroni, posta tra le due bobine ●
Cannone elettronico per creare un fascio di elettroni ( all’interno dell’ampolla) ●
Due elettrodi, un catodo con potenziale negativa e un anodo con potenziale positiva, che generano d.d.p. positiva in grado di accelerare gli elettroni ●
Specchi posti sul retro per eliminare l’errore di parallasse. ●
Generatore di corrente Strumenti di misura: ●
Calibro per misurare il diametro del fascio elettroni ●
Amperometro ●
Voltmetro 2 Laboratorio di fisica ­ RELAZIONE Sensibilità/precisione e portata degli strumenti di misura: ➢ Voltmetro: fondo scala di portata 1 V ➢ Amperometro: fondo scala di portata 0,1 A ➢ Calibro: sensibilità 1 mm
Esecuzione dell’esperimento
[dire passo­passo cosa hai fatto, quali grandezze hai misurato e con quali strumenti di misura]
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Il primo passo è stato realizzare il circuito, collegando all’apparato un generatore, un voltmetro e un amperometro. Acceso il generatore, il sistema ha ricevuto la tensione e ha reso visibile un fascio di elettroni. Abbiamo misurato tramite il voltmetro il valore delle tensione Avvicinando una calamita ad un’ampolla abbiamo osservato la deviazione della traiettoria. Abbiamo alimentato le due bobine in modo che generassero al loro interno un campo magnetico uniforme che ci ha fatto ottenere una traiettoria circolare del fascio di elettroni. Abbiamo impostato diversi livelli di intensità per poi ricavare i diversi raggi delle nuove traiettorie dei fasci di elettroni Abbiamo eseguito i vari calcoli per ottenere il rapporto e/m e gli errori relativi e assoluti Tabelle
[riportare la tabella delle grandezze misurate e di quelle calcolate. “Tabella” → “Inserisci”]
: 3 Laboratorio di fisica ­ RELAZIONE Descrizione dei calcoli e grafici
[1. descrivere formule e calcoli effettuati; 2. riportare eventuali grafici]
:
Abbiamo utilizzato la formula per calcolare il campo magnetico e successivamente per ricavare il rapporto e/m, tenendo conto dell’errore assoluto. In questo caso è più difficile ricavare il valore dell’errore perché si tratta di misurazioni indirette che necessitano più attenzione. Infatti, per ricavare l’errore assoluto bisogna calcolare l’errore relativo delle misure dirette come V, I ed R e procedere calcolando l’errore relativo delle misure indirette ( B ed e/m) che, nel caso siano state calcolate tramite somme, sottrazioni, moltiplicazioni e divisioni bisogna procedere sommando tutti gli errori relativi. Una volta calcolati tutti gli errori relativi, abbiamo proceduto calcolando l’errore assoluto di e/m tramite la formula inversa dell’errore relativo
. Descrizione dei risultati e conclusioni
[esporre i risultati ottenuti e le eventuali leggi fisiche trovate (o dimostrate); in base agli errori di misura, discutere le incertezze o le differenze rispetto ai risultati che ci aspettavamo]:
> Nel nostro caso l’errore maggiore deriva dalla misurazione del diametro del fascio elettronico effettuata con strumenti non molto precisi. In ogni caso siamo riusciti a determinare il rapporto tra la carica e la massa dell’elettrone che dipende dalla formula
e a verificare che avviene una variazione della traiettoria del fascio di elettroni in presenza di un campo magnetico. Questo fenomeno è infatti descritto dalla legge di Lorentz. Data, Firma dell’allievo COMMENTO / VOTO DEL DOCENTE Indicazioni ● nei lavori di gruppo, ogni gruppo deve effettuare l’esperimento indipendentemente; ● durante l’esperimento, ogni membro del gruppo deve prendere appunti e segnare i valori delle misure; ● ogni alunno provvederà singolarmente a stendere la relazione sull’esperimento effettuato; non saranno valutate le relazioni con parti copiate dai compagni; 4 Laboratorio di fisica ­ RELAZIONE ● iniziare a scrivere da
>
e usare lo stesso tipo di carattere in ogni paragrafo; non esagerare con
corsivo
o
grassetto
; ● lo spazio deve seguire ­ non anticipare ­ i segni di punteggiatura; ● NON ALTERARE L’IMPAGINAZIONE! Durante la battitura, se è necessario sistemare gli spazi tra paragrafi o sistemare l’impaginazione, mettere il cursore sul bordo inferiore dei riquadri in cui si scrive e, cliccando, trascinare il bordo. 5 Laboratorio di fisica ­ RELAZIONE
