ISTITUTO STATALE D’ISTRUZIONE SECONDARIA SUPERIORE
“FIANI - LECCISOTTI”
71017 – TORREMAGGIORE (FG)
Codice Scuola FGIS044002
e-mail: [email protected]
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LABORATORIO DI FISICA
Alunno/a: ……………………………………….
Classi: 5^B/I scientifico
Per le correzioni prof. Sergio Schiavone
Data: 07/04/2016
Valutazione:
Finalità dell’esperienza:
Thomson nel 1897, alla luce della teoria elettromagnetica elaborata da Maxwell il quale sosteneva che
tutti gli effetti magnetici sono legati ad effetti elettrici, tramite un tubo catodico, in cui le particelle
cariche (elettroni) possono essere accelerate, si propose di misurare il rapporto tra la carica (e) e la sua
massa (m), cioè: e/m. Pertanto, la nostra esperienza consiste proprio nel determinare la carica specifica
dell’elettrone.
Materiale necessario:
Tubo di Thomson per la deflessione degli N. 2 bobine di Helmholtz
elettroni con supporto
Generatore di CC di portata 2A con regolatore
Cavi elettrici
Generatore di CC ad alta tensione di portata Fotocamera reflex con treppiede
5 kV con regolatore
Software TI n-spire CAS per elaborazione dati
Considerazioni preliminari e eventuali richiami teorici:
Con questa attrezzatura ci è possibile studiare i raggi catodici in relazione ad un campo magnetico
uniforme e determinare la carica specifica dell’elettrone mediante la forza di Lorentz.
L’apparecchiatura da noi utilizzata è costituita da una ampolla contenente vuoto, all’interno della quale
si trova, ad un’estremità il cosiddetto “cannone elettronico” che funziona da sorgente di elettroni: si
tratta di un filamento metallico situato dentro un anodo e una capsula cilindrica munita di fenditura
attraverso la quale il fascio di elettroni fuoriesce perché sottoposto ad elevata tensione.
Si genera, infatti, un campo elettrico uniforme che produce sugli elettroni una forza che li accelera.
Sfruttiamo la conservazione dell’energia meccanica, quindi l’energia cinetica acquistata dagli elettroni
all’uscita dell’anodo è uguale all’energia potenziale posseduta inizialmente da essi quando sono
ancora sul catodo.
All’interno di tale ampolla vi è, inoltre, una piccola lamina fluorescente sulla quale è riportata una
scala di misurazione che permette appunto di eseguire le misure sulla traiettoria del fascio di elettroni che
è resa visibile proprio grazie a questa lamina su cui si illumina la parte a contatto con gli elettroni.
La traiettoria in assenza di un campo magnetico esterno è, ovviamente, rettilinea, cioè quando nelle
bobine di Helmholtz non si fa passare corrente e quindi non si genera il campo magnetico B (e lo
Verificheremo durante l’esperimento).
E’ da precisare che sulla lamina presente all’interno dell’ampolla non sarà visibile tutta la traiettoria
degli elettroni, cioè tutta la circonferenza, ma solo un arco di essa.
Il prodotto della d.d.p e la carica dell’elettrone è uguale alla variazione di energia cinetica:
V e
1 2
e
mv v 2 2 V ; uguagliando, poi, la forza di Lorentz a quella centripeta che causa la
2
m
deflessione degli elettroni, si ha:
evB m
v2
e
v
e
2 V
(*), dove per la legge di Biot-Savart B k I e k è la costante
R
m BR
m (k I R) 2
relativa alle bobine di Helmholtz che ci è fornita nella scheda tecnica dell’apparecchiatura.
Esecuzione:
Fissiamo il tubo al supporto insieme alle due bobine di Helmholtz, collegando queste ultime due in serie
mediante cavi al generatore a bassa tensione per avere la stessa corrente elettrica che nei diversi step
varieremo con il regolatore producendo quindi campi magnetici ad essa proporzionali. I terminali del
tubo al generatore ad alta tensione che fissiamo al valore di 4500 V.
Nella tabella sottostante, mantenendo la d.d.p. a 4500 V(colonna 1), variamo la corrente 8 volte
(colonna 2) e riportiamo gli errori nella colonna 3 (classe 2,5%). Su un percorso del fascio di 3 cm,
rileviamo le diverse deflessioni y in cm e di conseguenza riportiamo i valori del raggio R di deflessione
in cm nella colonna 6. Nella relazione (*) qui sopra risulta quindi che l’intensità di corrente I e l’inverso
del raggio 1/R sono direttamente proporzionali. Mediante regressione lineare abbiamo calcolato il
coefficiente angolare, mentre la deviazione standard (sd) è stata calcolata sui valori di m della colonna
9. Riportiamo qui di seguito la parte elaborata mediante software.
Raccolta ed elaborazione dei dati – Valutazione degli errori
Rappresentazione grafica dei dati e loro interpretazione
Considerazioni finali:
il valore ottenuto di e/m risulta pari a 1.3276 1011C / kg con un errore assoluto pari a
5.4299 1010 C / kg che sebbene risulti abbastanza rilevante, collocano il valore della carica specifica
universalmente noto nella comunità scientifica, vale a dire 1.7588 1011C / kg all’interno
dell’intervallo determinato sperimentalmente.
