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Il rapporto di Thomson dell'elettrone
Scopo dell'esperimento. Determinazione del rapporto di Thomson (e/m), dell'elettrone per mezzo di un'ampolla di vetro a forma sferica, contenente elio e neon a pressione molto bassa, posta tra le bobine di Helmholtz.
Materiale occorrente. ampolla di vetro a forma sferica, contenente elio e neon a pressione molto bassa, coppia di bobine di Helmholtz di raggio 15,0 cm +/- 0,1 cm poste ad una distanza di 15,0 cm, alimentatore di bassa tensione, teslametro, multimetro digitale utilizzato come amperometro, sonda longitudinale di hall.
Prima di iniziare l'esperimento, controllare che la corrente nelle bobine di Helmholtz scorra nello stesso verso, in caso contrario al centro delle bobine si avrebbe campo magnetico nullo.
Facendo scorrere nelle bobine una corrente di 300,0 mA, le bobine generano un campo magnetico di 0,2 mT. Da questo valore si capisce che la corrente scorre nello stesso verso in entrambe le bobine.
Descrizione dell'esperimento. Mappare le bobine di Helmholtz, dividere il volume del cilindro creato dalle due bobine in sezioni, per misurare il campo magnetico B (mT). Il cilindro verrà diviso in due parti, quindi avrà tre sezioni piane (chiamate 1,2 e 3) su cui verranno fatte misurazioni in 5 punti prestabiliti: al centro (o), in alto (a), in basso (b), a destra (d) e a sinistra (s). Le misurazioni verranno fatte con la sonda di Hall erogando 0,5 A.
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Posizione |
B (mT) |
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1,o |
0,33 |
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1,a |
0,41 |
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1,b |
0,40 |
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1,s |
0,45 |
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1,d |
0,44 |
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2,o |
0,34 |
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2,a |
0,32 |
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2,b |
0,30 |
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2,s |
0,29 |
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2,d |
0,30 |
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3,o |
0,29 |
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3,a |
0,40 |
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3,b |
0,39 |
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3,s |
0,38 |
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3,d |
0,43 |
Dai dati rilevati si evince che, al centro delle bobine il campo magnetico sia stabile.
Il dispositivo sperimentale che permette di determinare il rapporto di Thomson dell'elettrone è costituito da ampolla di vetro a forma sferica riempito di elio e neon ad una pressione molto bassa con un catodo che emette elettroni per effetto termoelettronico e un anodo forato per il loro passaggio. La differenza di potenziale fra anodo e catodo fornita dal generatore di alta tensione deve poter essere variata nell'intervallo da 150 a 400 V. Il filamento che scalda il catodo è alimentato da una tensione di 6,0 V fornita dal generatore. Il generatore fornisce una corrente continua alle due bobine di Helmholtz che sono in grado di generare nella regione centrale una campo B. A questi valori, gli elettroni all'uscita dall'anodo eccitano per urto gli atomi del gas emetteno fotoni la cui lunghezza d'onda corrisponde alla regione rossa dello spettro visibile, rendendo così visibile la loro traiettoria circolare. All'esterno dell'ampolla è posta un'asta che permette la misura del diametro della circonferenza percorsa dagli elettroni.
Per Calcolare il valore del campo magnetico B bisogna prima calcolare sperimentalmente il valore di K (mT/A) con la formula B = K*I.
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B (mT) |
I (A) |
K (mT/A) |
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Dai valori trovati sperimentalmente si può considerare un valore accettabile K=0,70mT/A.
Esecuzione dell'esperimento: Si alimentano le bobine di Helmoltz e la sfera di vetro posta all'interno con i seguenti valori:
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I (A) |
B (mT) |
V (Volt) |
D (cm) |
R (cm) |
e/m (1011 c/kg) |
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Si può notare come all'interno dell'ampolla di vetro, cambiando I valori di corrente e di voltaggio, la curvatura cambiava assumendo raggio inferiore o maggiore.
Il rapporto e/m teorico è di 16 /9,1 *1011 c/kg. Si può notare dai dati raccolti, sopratutto gli ultimi due, che il valore del rapporto di Thomson calcolato sperimentalmente si avvicina notevolmente a quello teorico.
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