Esperimento di Thomson o della misura della carica specifica

Esperimento di Thomson o della misura della carica specifica
FOGLIO DI LAVORO
Introduzione:
Dice Confucio: “Studiare senza riflettere è vano, riflettere senza studiare è pericoloso!”
Per cui abbi sempre attenzione per quello che operi, mantenendo una grande curiosità e pazienza e
ricercando consapevolezza!!!
Inoltre sii attento!!! Sei pur sempre in un laboratorio che può essere pericoloso!
Questo foglio di lavoro va letto integralmente prima di iniziare e quindi va seguito con fiducia e con
scrupolo.
L’esperimento di Thomson così come te lo proponiamo ti stimolerà alla “progettazione” e alla
pianificazione in quanto può essere eseguito in diversi modi!
Richiami di teoria
Nel 1886 il fisico tedesco Goldstein e i fisici inglesi Crookes e Thomson, effettuando esperimenti
sui gas rarefatti (elio, neon, ecc.) chiusi all’interno di tubi di vetro con alle estremità due elettrodi
metallici, osservarono che, collegando il tubo ad un generatore di tenzione, un elettrodo si caricava
negativamente (catodo) e l’altro positivamente (anodo).
Se il tubo veniva collegato ad una pompa a vuoto in grado di aspirare il gas, diminuendo la
pressione interna, si producevano dapprima delle scariche elettriche irregolari seguite, quando la
d.d.p. raggiungeva 10000 volt e la pressione si abbassava a 10-6 atm (gas estremamente rarefatto),
dalla comparsa di una debole fluorescenza verdastra al catodo formata da radiazioni che dal catodo
si dirigevano verso l’anodo. Tali radiazioni furono chiamate da Goldstein raggi catodici.
Thomson effettuò ulteriori esperimenti sui raggi
catodici arrivando a nuove conclusioni:
I raggi catodici erano costituiti da particelle di
carica negativa in quanto, sotto l’azione di un campo
elettrico trasversale alla direzione dei raggi, venivano
deviati verso il polo positivo.
I raggi catodici non potevano attraversare la
materia in quanto una croce di Malta posta sul loro
percorso, ne bloccava il flusso,
proiettando l’ombra sul fondo del
tubo.
I raggi catodici erano
costituiti da particelle dotate di
massa e in grado di trasferire energia
cinetica in quanto un mulinello a pale
posto lungo il loro percorso veniva
messo in movimento da essi.
I raggi catodici erano presenti negli atomi di tutti gli elementi in quanto non
cambiavano le loro caratteristiche anche variando il metallo che costituiva il catodo e il tipo di gas.
Nel 1897 Thomson assegnò ai raggi catodici il nome di elettroni e ne determinò il rapporto carica/massa; nel 1908
Robert Millikan determinò la carica dell’elettrone ( = - 1,6·10-19C). La massa dell’elettrone era uguale a 9,11·1031
kg.
Ricorda come si forma il campo magnetico B.
Il filo azzurro dell’immagini è un filo percorso
da corrente.
Descrizione intuitiva dell’apparato
Osserva l’apparato e descrivi ciò che vedi tentando di relazionare gli “oggetti” ai parametri e/o alle
variabili che trovi nella trattazione teorica. Per esempio: qual è la direzione reale del campo
magnetico B, con quale manopola si varia l’intensità del campo elettrico e magnetico ecc… Perché
ti faccio fare questa attività alla cieca?
Se un fisico dovesse approcciare la verificare sperimentale di una teoria dovrebbe: decidere,
scegliere, progettare, modificare un apparato utile ad effettuare tale verifica, molte volte con pochi
“punti di riferimento.” Non potendo ovviamente eseguire una tale processo lungo e impegnativo lo
surroghiamo con questa specie di gioco intuitivo!!!
Assemblaggio dell’apparato con lettura dei manuali dell’apparato
Chiedi il manuale, leggetelo, eventualmente suddividendolo in parti assegnate a ciascuno del
gruppo e quindi confrontatevi capendo il funzionamento generale dell’apparato. Verificate se
avevate intuito correttamente il funzionamento e la relazione tra l’apparato e le variabili e i
parametri di cui sopra. Individuate gli strumenti di misura a vostra disposizione e assemblate il
circuito seguendo le istruzioni del manuale ma non accendetelo!
Accensione dell’apparato e prime prove generiche
Prima di accendere l’apparato chiama il docente che verificherà come tutto sia collegato
correttamente. Dopo l’accensione sulla scorta delle idee che ti sei costruito verifica come ogni
parametro determina un output diverso, per esempio: cosa osservi se poni il campo magnetico pari a
zero? Cosa osservi aumentando il campo magnetico? Cosa osservi se ponendo il campo magnetico
pari a zero, fai crescere il lentamente il potenziale elettrico U? Sai giustificare quello che osservi.
Ovviamente puoi eseguire tutte le prove che ritieni opportune: potresti per esempio proporne di
usare un magnete esterno: cosa ti aspetti di osservare?
Descrizione ed esecuzione della misura
Ora che conosci bene la teoria e l’apparato formula una ipotesi di misura. Ovviamente il tuo
obiettivo è ottenere la misura di e/m. Ricorda che la misura più semplice è quella che ti porta ad una
diretta proporzionalità tra due grandezze misurate. Sottoponi e discutila con il docente la tua
proposta di misura. Definisci la struttura di una tabella che riempirai con la misuraEsegui la misure descrivendo con attenzioni la successione delle operazioni concrete che attui.
Osserva quali possono essere le sorgenti di errore di questa misura, e prova a quantificarle secondo
le tue conoscenze pregresse.
Analisi Risultati e Conclusioni
Riporta direttamente la misura su un foglio excel. Sfruttando le potenzialità di Excel esegui l’analisi
opportuna che in genere è una retta dei minimi quadrati. Cosa puoi concludere?