3B SCIENTIFIC® PHYSICS
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1. Fig 4 Electrical connections from the fine beam tube to the DC power supply 500 V Elwe Didactic GmbH Steinfelsstr 5 08248 Klingenthal Germany www elwedidactic com 3B Scientific GmbH Rudorffweg 8 21031 Hamburg Germany www 3bscientific com Subject to technical amendments Copyright 2012 3B Scientific GmbH 3B SCIENTIFIC PHYSICS D Tube pinceau troit sur socle de connexion 1000904 Instructions d utilisation 09 12 ALF 1 Tube pinceau troit 2 Socle de connexion 3 Connexion pour l anode 4 Connexion pour la cathode 5 Connexion pour le cylindre de Wehnelt 6 Connexion pour le chauffage 1 Consignes de s curit Les tubes thermoioniques sont des c nes en verre paroi mince sous vide Manipulez les avec pr caution risque d implosion e Nexposez pas le tube a des charges m cani ques Des tensions et des courants trop lev s ainsi que des temp ratures de chauffage de la cathode mal r gl es peuvent entra ner la destruction du tube e Respectez les param tres de service indiqu s Des tensions et hautes tensions dangereuses peuvent appara tre hauteur du champ de connexion pendant l utilisation des tubes SU B w N e Pour les connexions utilisez uniquement des c bles d exp rimentation de s curit e Ne proc dez des c blages que lorsque les dispositifs d alimentation sont teints e Ne montez et ne d montez le tube qu apr s avoir m2. Falls die Krummung des Elektronenstrahls nicht nach oben zeigt e Zum Umpolen des Magnetfeldes die An schlusskabel am Netzger t vertauschen e Spulenstrom weiter erh hen und berpr fen ob der Elektronenstrahl eine in sich geschlos sene Kreisbahn bildet Falls die Kreisbahn nicht geschlossen ist e Fadenstrahlrohr samt Sockel etwas um die vertikale Achse drehen 7 Versuchsbeispiel Bestimmung der spezifischen Ladung des Elektrons e m e Spulenstrom so wahlen dass der Kreisbahn radius z B 5 cm betragt Eingestellten Wert notieren e Anodenspannung in 20 V Schritten auf 200 V verkleinern jeweils den Spulenstrom so wahlen dass der Radius konstant bleibt Die se Werte notieren e Weitere Messreihen f r die Kreisbahnradien 4 cm und 3 cm aufnehmen e Zur weiteren Auswertung die Messwerte in einem P B 2U Diagramm auftragen siehe Fig 3 Die Steigung der Ursprungsgeraden entspricht elm U8521371 Fig 1 Anschluss der Fadenstrahlr hre an das DC Netzger t 300 V Fig 2 Beschaltung der Helmholtz Spulen 2U V 600 400 e 200 0 10 20 30 40 B r mt cm Fig 3 P B 2U Diagramm der Messwerte schwarz r 5 cm rot r 4 cm gr n r 3 cm A o EN U33000 Ne N A Fig 4 Anschluss der Fadenstrahlr hre an das DC Netzger t 500 V Elwe Didactic GmbH Steinfelsstr 5 08248 Klingenthal Deutschland www elwedidactic com 3B Scientific
3. 1003312 or 1 DC power supply 20 V 5 A 115 V 1003311 or 1 DC power supply 500 V 230 V 1003308 or 1 DC power supply 500 V 115 V 1003307 1 Pair of Helmholtz coils 1000906 1 resp 2 Analogue multimeter AM50 1003073 Safety leads 6 Operation 6 1 Set up e Place the fine beam tube between the Helm holtz coils e To get a clearer view of the electron beam conduct the experiment in a darkened room o 1Set up with the DC power supply unit 300 V e Setup the tube as in fig 1 e Connect the voltmeter in parallel to the 300 V output e Connect the coils in series to the DC power supply 20 V as shown in Fig 2 so that equal current passes through both coils 6 1 2Set up with the DC power supply unit 500 V e Setup the tube as in fig 4 6 2 Adjusting the electron beam e Apply a heater voltage of say 7 5V the heater voltage must be below the cut off volt age e Wait about 1 minute for the heater tempera ture to stabilise e Slowly increase the anode voltage to 300 V the electron beam is initially horizontal and is visible as a weak bluish ray e Select the Wehnelt voltage so that a very clear and narrow electron beam is visible e Optimise the focus and brightness of the electron beam by varying the heater voltage e Increase the current passing through the Helmholtz coils and check that the electron beam curves upwards e Ifthe electron beam is not deflected at all e Reverse the polari
4. d lectrons ne s oriente pas vers le haut e Pour l inversion du champ magn tique in tervertir le cable de connexion de l alimentation e Continuez augmenter l intensit du courant dans la bobine et v rifiez si le rayon d lec trons forme une trajectoire circulaire ferm e sur elle m me Au cas o la trajectoire circulaire n est pas ferm e e Tournez l g rement le tube faisceau lectroni que filiforme et son socle autour de l axe vertical 7 Exemple d exp rience D termination de la charge sp cifique e m de l lectron e Choisir le courant de bobine de sorte que le rayon du chemin circulaire soit par exemple de 5 cm puis notez la valeur r gl e e R duisez en incr ments de 20 V la tension de l anode 200 V en choisissant chaque fois l intensit de l intensit du courant de la bobine afin que le rayon reste constant puis notez ces valeurs e Enregistrez d autres s ries de mesure pour des rayons d une trajectoire circulaire aux va leurs de 4 cm et de 3 cm e Pour valuer les mesures reportez les valeurs dans un diagramme PB 2U voir la fig 3 La rampe de la droite d origine correspond e m U8521371 Fig 1 Raccordement du tube pinceau troit au bloc d alimentation CC 300 V Fig 2 Raccordement lectrique de la paire de bobines de Helmholtz 2U V 600 400 e 200 0 10 20 30 40 B r mt cm Fig 3 Diagramme B 2U des valeurs mesur es noi
5. di alimentazione disinseriti Montare e smontare il tubo soltanto con l ali mentatore disinserito Durante il funzionamento il collo del tubo si ri scalda e Lasciare raffreddare il tubo prima di rimuover lo Il rispetto della Direttiva CE per la compatibilit elettromagnetica garantito solo con gli alimen tatori consigliati 2 Descrizione Il tubo a fascio filiforme serve per l analisi della deflessione dei fasci di elettroni nel campo magne tico omogeneo mediante l utilizzo della coppia di bobine di Helmholtz 1000906 cos come per la determinazione quantitativa della carica specifica dell elettrone e m In un ampolla presente un cannone elettronico composto da un catodo di ossido riscaldato indiret tamente un cilindro di Wehnelt e un anodo vuoto in un atmosfera con gas residuo al neon con pres sione del gas regolata in modo preciso Gli atomi di gas vengono ionizzati lungo la traiettoria di volo degli elettroni e si forma un fascio visibile lumi noso e delimitato in modo nitido Le tacche di misurazione incorporate consentono la determina zione priva si parallasse del diametro della guida circolare del raggio deviato nel campo magnetico Il tubo a fascio filiforme montato su una base con jack di raccordo colorati Per la protezione del tubo nello zoccolo installato un circuito di sicurezza che spegne la tensione al di sopra della tensione di interdizione cutoff voltage indi cata sullo zo
6. el haz de electrones forma una rbita circular cerrada en s misma Si la rbita circular no se cierra e Gire un poco el tubo de haz fino de radiaci n junto con su soporte sobre su eje vertical 7 Ejemplo de experimento Determinaci n de la carga espec fica e m del electr n e Se ajusta la corriente de bobinas hasta que el radio de la rbita quede en p ej 5 cm Anote los valores de ajuste e Disminuya la tensi n an dica en pasos de 20 V hasta llegar a 200 V en cada caso se leccione la corriente de la bobina de manera que el radio se mantenga constante y anote estos valores e Realice m s series de mediciones para los radios de rbita circular de 4 cm y 3 cm e Para la evaluaci n ulterior se llevan los valores de medida a un diagrama PB 2U ver Fig 3 La pendiente de la recta que pasa por el origen de coordenadas corresponde a e m U8521371 Fig 1 Conexi n del tubo de haz fino a la fuente de alimentaci n de CC 300 V Fig 2 Conexi n el ctrica del par de bobinas de Helmholtz 2U V 600 400 e 200 0 10 20 30 40 Br mT cm Fig 3 Diagrama PB 2U de los valores de medici n negro r 5 cm rojo r 4 cm verde r 3 cm A o EN U33000 Ne N A Fig 4 Conexi n del tubo de haz fino a la fuente de alimentaci n de CC 500 V Elwe Didactic GmbH Steinfelsstr 5 08248 Klingenthal Alemania www elwedidactic com 3B
7. tubo Corrente de aquecimento lt 150 mA Tens o de Wehnelt 0a 50V Tens o an dica 200 a 300 V Corrente anddica lt 0 3 mA Di metro circular do feixe 20 a 120 mm Afastamento das marcas de medi o 20 mm Di metro das ampolas 160 mm Altura total com a base 260 mm Placa base 115 x 115 x 35 mm Massa aprox 820 g 4 Fundamentos gerais Sobre um el tron que se move com velocidade v perpendicularmente a um campo magn tico B age a for a de Lorentz perpendicularmente velocidade do campo magn tico F e v B 1 e carga elementar Ele impele o el tron como for a centripeta mv r m massa de el trons F numa rbita de raio r Por isso amp e B 2 3 A velocidade v depende da tens o de acelerag o U do canh o de el trons v 2 2 0 4 Para a carga espec fica do el tron v lido e 2 U n 5 m TE Se for medido a cada vez o raio de rbita r para diversas tens es de acelera o U e diferentes campos magn ticos B assim os valores medidos se encontram num diagrama PB 2U conforme Gl 5 numa reta de origem com a inclina o e m O campo magn tico B criado num par de bobinas de Helmholtz e proporcional corrente lh atrav s de uma s bobina O fator de proporcionalidade k pode ser calculado a partir do raio de bobina R 147 5 mm e do n mero de espiras N 124 por bobina B k h com 3 RE aio Saree E 5 Am R A Com isto todas as grandezas determinantes
8. zur Geschwindigkeit und zum Magnetfeld die Lorentz Kraft F e v B 1 e Elementarladung Sie zwingt das Elektron als Zentripetalkraft p mv 2 r m Elektronenmasse auf eine Kreisbahn mit dem Radius r Daher ist e B 1 3 Die Geschwindigkeit v h ngt von der Beschleuni gungsspannung U der Elektronenkanone ab v 2 2 0 4 F r die spezifische Ladung des Elektrons gilt so mit e 2U m BP 5 Misst man f r verschiedene Beschleunigungs spannungen U und verschiedene Magnetfelder B jeweils den Kreisbahnradius r so liegen die Messwerte in einem P B 2U Diagramm gem Gl 5 auf einer Ursprungsgeraden mit der Stei gung e m Das Magnetfeld B wird in einem Helmholtz Spulenpaar erzeugt und ist proportional zum Strom I durch eine einzelne Spule Der Proporti onalit tsfaktor k kann aus dem Spulenradius R 147 5 mm und der Windungszahl N 124 je Spule berechnet werden Bell mit 3 Re meno eo E 5 Am R A Damit sind s mtliche Bestimmungsgr en f r die spezifische Elektronenladung bekannt 5 Zusatzlich erforderliche Ger te 1 DC Netzgerat 300 V 230 V 1001012 oder 1 DC Netzger t 300 V 115 V 1001011 und 1 DC Netzger t 20 V 5 A 230 V 1003312 oder 1 DC Netzger t 20 V 5 A 115 V 1003311 oder 1 DC Netzger t 500 V 230 V 1003308 oder 1 DC Netzger t 500 V 115 V 1003307 1 Helmholtz Spulenpaar 1000906 1 bzw 2 Analog Multimeter AM50 1003073 Sicherheits Experimentierkabel
9. 00 V e Raccordez en s rie les bobines conform ment la 2 me illustration au bloc d alimen tation CC 20 V afin que le courant parcoure les deux bobines dans le m me sens o 2 Raccordement du tube pinceau troit au bloc d alimentation CC 500 V e Proc dez au c blage du tube comme le montre la fig 4 6 2 Calibrage du faisceau d lectrons e Appliquez une tension de chauffage de 7 5 V par exemple La tension de chauffage doit tre inf rieure l indication de Cutoff Voltage e Patienter pendant env 1 minute jusqu ce que la temp rature du filament soit stabilis e e Augmenter lentement la tension anodique jusqu max 300 V le rayon d lectrons se pr sentant d abord verticalement sera visua lis par une faible lumi re bleut e e La tension Wehnelt devra tre choisie de mani re pouvoir visualiser un faisceau de rayons aussi mince et aussi nettement limit que possible e Optimisez la d finition et la luminosit du faisceau de rayons en variant la tension de chauffage e Augmentez l intensit du courant de la bo bine qui parcourt les bobines de Helmholtz et v rifiez si le rayon d lectrons pr sente une courbure vers le haut Au cas o aucune courbure du rayon d lectrons ne se laisse observer e Inversez le sens du courant dans l une des bobines ce dernier pouvant alors parcourir les deux bobines dans le m me sens Au cas o la courbure du rayon
10. 3B SCIENTIFIC PHYSICS Fadenstrahlr hre auf Anschlusssockel Bedienungsanleitung 09 12 ALF O DA 1000904 1 Fadenstrahlr hre 2 Anschlusssockel 3 Anschluss f r Anode 4 Anschluss f r Katode 5 Anschluss f r Wehnelt Zylinder 6 Anschluss f r Heizung N 1 Sicherheitshinweise Gl hkatodenr hren sind d nnwandige evakuierte Glaskolben Vorsichtig behandeln Implosionsgefahr e R hre keinen mechanischen Belastungen aus setzen Zu hohe Spannungen Str me sowie falsche Kato denheiztemperatur k nnen zur Zerst rung der R hre f hren e Die angegebenen Betriebsparameter einhalten Beim Betrieb der Rohre k nnen am Anschlussfeld ber hrungsgef hrliche Spannungen und Hoch spannungen anliegen SU W e Fur Anschl sse nur Sicherheits Experimentier kabel verwenden e Schaltungen nur bei ausgeschaltetem Versor gungsger t vornehmen e R hre nur bei ausgeschaltetem Versorgungs ger t ein und ausbauen Im Betrieb erw rmt sich der R hrenhals e R hre vor dem Wegr umen abk hlen lassen Die Einhaltung der EC Richtlinie zur elektromag netischen Vertr glichkeit ist nur mit den empfoh lenen Netzger ten garantiert 2 Beschreibung Die Fadenstrahlr hre dient zur Untersuchung der Ablenkung von Elektrodenstrahlen im homogenen Magnetfeld unter Verwendung des Helmholtzspu lenpaars 1000906 sowie zur quantitativen Be stimmung der spezifischen Ladung des Elektrons elm In einem G
11. 6 Bedienung 6 1 Aufbau e Fadenstrahir hre zwischen die Helmholtzspu len stellen e Um den Elektronenstrahl besser beobachten zu k nnen das Experiment in einem abge dunkelten Raum durchf hren o 1Betrieb mit dem DC Netzger t 300 V e Beschaltung gem Fig 1 durchf hren e Volmeter an den 300 V Ausgang des Netzge r tes anschlieRen e Spulen gem Fig 2 in Reihe an das DC Netzger t 20 V anschlie en so dass beide Spulen gleichsinnig vom Strom durchflossen werden o 2Betrieb mit dem DC Netzger t 500 V e Beschaltung gem Fig 4 durchf hren 6 2 Justierung des Elektronenbindels e Heizspannung von z B 7 5 V anlegen Die Heizspannung muss unter der Cutoff Voltage liegen e Ca 1 Minute abwarten bis sich die Tempera tur der Heizwendel stabilisiert hat e Anodenspannung langsam bis auf max 300 V erh hen der zun chst waagerechte Elektro nenstrahl wird durch ein schwaches bl uli ches Licht sichtbar e Wehnelt Spannung so w hlen dass ein m g lichst d nnes scharf begrenztes Strahlenb n del zu sehen ist e Sch rfe und Helligkeit des Strahlenb ndels durch Variation der Heizspannung optimieren e Spulenstrom durch die Helmholtz Spulen erh hen und berpr fen ob der Elektronen strahl nach oben gekr mmt wird Falls keine Kr mmung des Elektronenstrahls zu beobachten ist e Eine der Spulen umpolen so dass der Strom gleichsinnig durch beide Spulen flieRt
12. GmbH Rudorffweg 8 21031 Hamburg Deutschland www 3bscientific com Technische nderungen vorbehalten Copyright 2012 3B Scientific GmbH 3B SCIENTIFIC PHYSICS D Fine Beam Tube on Connection Base 1000904 Instruction sheet 09 12 ALF 1 Fine beam tube 2 Connector base 3 Connection for anode 4 Connection for cathode 5 Connection for Wehnelt cylinder 6 Connection for heater 1 Safety instructions Hot cathode tubes are thin walled highly evacu ated glass tubes Treat them carefully as there is a risk of implosion e Do not subject the tube to mechanical stresses If voltage or current is too high or the cathode is at the wrong temperature it can lead to the tube becoming destroyed e Do not exceed the stated operating parame ters When the tube is in operation the terminals of the tube may be at high voltages with which it is dangerous to come into contact N una Ww e Only use safety experiment leads for con necting circuits e Only change circuits with power supply switched off e Set up or dismantle the tubes only when the power supply unit is switched off When the tube is in operation the stock of the tube may get hot e Allow the tube to cool before putting away the apparatus The compliance with the EC directive on electro magnetic compatibility is only guaranteed when using the recommended power supplies 2 Description The Fine Beam Tube is used for in
13. Scientific GmbH Rudorffweg 8 21031 Hamburgo Alemania www 3bscientific com Nos reservamos el derecho a cambios t cnicos Copyright 2012 3B Scientific GmbH 3B SCIENTIFIC PHYSICS DA Tubo de raios de feixe estreito sobre base de conex o 1000904 Instru es de opera o 09 12 ALF 1 Indica es de seguran a Tubos cat dicos incandescentes s o ampolas de vidro evacuadas de paredes finas manusear com cuidado risco de implos o e N o sujeitar os tubos a qualquer tipo de esfor o f sico Tens es excessivamente altas correntes ou temperaturas de c todo err neas podem levar destrui o dos tubos e Respeitar os par metros operacionais indicados Durante a opera o dos tubos podem ocorrer tens es perigosas ao contato e altas tens es no campo da conex o 1 Tubo de feixe estreito 2 Base de conex o 3 Conex o para nodo 4 Conex o para c todo 5 Conex o para cilindro de Wehnelt 6 Conex o para espiral de aquecimento N au hw e S utilizar cabos para ensaios de seguran a para as conex es e Somente efetuar conex es nos circuitos com os elementos de alimenta o el trica desconectados e Somente montar ou desmontar o tubo com os aparelhos de alimenta o el trica desligados Durante o funcionamento o gargalo do tubo se aquece e Deixar esfriar o tubo antes guardar lo O cumprimento das diretivas EC para compatibilidade eletromagn tica s esta garan
14. V DC see cut off voltage on tube socket 4 Basic principles An electron moving with velocity v in a direction perpendicular to a uniform magnetic field B ex periences a Lorentz force in a direction perpen dicular to both the velocity and the magnetic field F e v B 1 e elementary charge This gives rise to a centripetal force on the elec tron in a circular path with radius r where 2 p and 2 mis the mass of an electron Thus opa E 3 r The velocity v depends on the accelerating volt age of the electron gun v 2 u 4 m Therefore the specific charge of an electron is given by e 2 U 5 m BF If we measure the radius of the circular orbit in each case for different accelerating voltages U and different magnetic fields B then according to equation 5 the measured values can be plotted in a graph of PB against 2U as a straight line through the origin with slope e m The magnetic field B generated in a pair of Helmholtz coils is proportional to the current passing through a single coil The constant of proportionality k can be determined from the coil radius R 147 5 mm and the number of turns N 124 per coil B k ly where 3 ian ee 5 Am R A Thus all parameters for the specific charge are known 5 Additionally required equipment 1 DC power supply 300 V 230 V 1001012 or 1 DC power supply 300 V 2115 V 1001011 and 1 DC power supply 20 V 5 A 230 V
15. a en la Fig 2 de tal manera que en ambas bobinas circule la corriente en el mismo sentido o 2Conexi n del tubo de haz fino a la fuente de alimentaci n de CC 500 V e Realice el cableado del tubo con la fig 4 6 2 Ajuste del haz de electrones e Aplique una tensi n de calefacci n de por ejemplo 7 5 V La tensi n de calefacci n debe de estar por debajo de la tensi n Cutoff Voltage e Se espera aprox 1 minuto hasta que la temperatura del filamento de calentamiento se estabilice e Se aumenta lentamente la tensi n de nodo hasta max 300 V el haz de electrones es inicialmente horizontal y se hace visible en forma de una luz azul tenue e Elija la tensi n de Wehnelt de manera que en lo posible se vea un haz de rayos delgado y n tidamente limitado e Optime la nitidez y la claridad del haz de rayos variando la tensi n de calefacci n e Eleve la corriente que circula por las bobinas de Helmholtz y compruebe si el haz de electrones se curva hacia arriba Si no se observa ninguna curvatura del haz de electrones e Invierta la polaridad de una de las bobinas de manera que la corriente fluya en el mismo sentido a trav s de ambas bobinas Si la curvatura del haz de electrones no se dirige hacia arriba e Para invertir la polaridad del campo magn tico se cambian entre s los cables de conexi n en la fuente de alimentaci n e Siga elevando la corriente de la bobina y compruebe si
16. ccolo del tubo Il circuito di sicurezza impedisce che una tensione troppo alta distrugga il riscaldamento e fa s che al momento dell accensione la tensione salga lentamente 3 Dati tecnici Gas di riempimento Pressione gas Tensione di riscaldamento neon 1 3x10 bar zione cutoff voltage sullo zoccolo del tubo Corrente di riscaldamento lt 150 mA Tensione di Wehnelt da 0 a 50 V Tensione anodica da 200 a 300 V Corrente anodica lt 0 3 mA Diametro del circuito del fascio elettronico Distanza tra le tacche di da 20 a 120 mm misurazione 20 mm Diametro pistone 160 mm Altezza totale con base 260 mm 115 x 115 x 35 mm circa 820 g Piastra della base Peso da 5 a 7 V vedi indica 4 Basi generali Su un elettrone che si sposta verticalmente ri spetto ad un campo magnetico omogeneo B alla velocit v ortogonalmente rispetto alla velocit e al campo magnetico agisce la forza di Lorentz F e v B 1 e carica fondamentale Spinge l elettrone come forza centripeta m v F 2 r m massa elettronica su una guida circolare con il raggio r Pertanto si ha m v e B 3 r La velocit v dipende dalla tensione di accelera zione U del cannone elettronico v 2 2 u 4 m Per la carica specifica dell elettrone vale quindi e 2U lt 5 m r BY Se per tensioni di accelerazione diverse U e per campi magnetici diversi B si misura rispettiva mente il raggi
17. da vez de modo que o raio continue constante e anotar esses valores e Registrar s ries de experi ncias adicionais para raios orbitais de 4 cm e de 3 cm e Para uma an lise mais detalhada inserir dos valores de medi o num diagrama PB 2U veja fig 3 O aumento dos dados originais corresponde a e m U8521371 Fig 1 Conex o do tubo de feixe estreito com o fonte de alimenta o DC 300 V Fig 2 Conex o el trica do par de bobinas de Helmholtz 2U V 600 400 e 200 0 10 20 30 40 Br mT cm Fig 3 Diagrama B 2U dos valores de medi o preto r 5 cm vermelho r 4 cm verde r 3 cm A fe U33000 La Fig 4 Conex o do tubo de feixe estreito com o fonte de alimenta o DC 500 V Elwe Didactic GmbH Steinfelsstr 5 08248 Klingenthal Alemanha www elwedidactic com 3B Scientific GmbH Rudorffweg 8 21031 Hamburgo Alemanha www 3bscientific com Sob reserva de altera es t cnicas Copyright 2012 3B Scientific GmbH
18. dorffweg 8 21031 Amburgo Germania www 3bscientific com Con riserva di modifiche technici O Copyright 2012 3B Scientific GmbH 3B SCIENTIFIC PHYSICS D Tubo de haz fino sobre z calo de conexi n 1000904 Instrucciones de uso 09 12 ALF 1 Advertencias de seguridad Los tubos cat dicos incandescentes son ampollas de vidrio al vac o y de paredes finas Manipular con cuidado jRiesgo de implosi n e No someter los tubos a ning n tipo de esfuerzos f sicos Las tensiones excesivamente altas y las corrientes o temperaturas de c todo err neas pueden conducir a la destrucci n de los tubos e Respetar los par metros operacionales indicados Durante el funcionamiento de los tubos pueden presentarse tensiones peligrosas al contacto y altas tensiones en el campo de conexi n 1 Tubo de haz fino 2 Z calo de connexion 3 Contacto para nodo 4 Contacto para c todo 5 Contacto para cilindro de Wehnelt 6 Contacto para caldeo SU e WwW N e Para las conexiones s lo deben emplearse cables de experimentaci n de seguridad e Solamente efectuar las conexiones de los circuitos con los dispositivos de alimentaci n el ctrica desconectados e El montaje y desmontaje del tubo solamente se debe realizar si los equipos de alimentaci n est n apagados Durante el funcionamiento el cuello del tubo se calienta e Se debe dejar enfriar el tubo antes de guardarlo El cumplimiento con las directrices r
19. eferentes a la conformidad electromagn tica de la UE se puede garantizar s lo con las fuentes de alimentaci n recomendadas 2 Descripci n El tubo de haz fino sirve para el estudio de la desviaci n de rayos de electrones en un campo magn tico homog neo utilizando un par de bobinas conectadas en la configuraci n de Helmholtz 1000906 asi como para la determinaci n de la carga espec fica del electr n e m En una ampolla de vidrio con atmosfera de gas residual de Ne de presi n ajustada con precisi n se encuentra el ca n de electrones que se compone de un c todo de xido de caldeo indirecto un cilindro de Wehnelt y un nodo con orificio central Los tomos del gas son ionizados por choques con los electrones a lo largo de trayectoria de vuelo y as se origina un rayo lumi noso bien definido Unas marcas de medida in corporadas en al ampolla de vidrio permiten la medici n sin paralaje del di metro de la circunfer encia formada por el rayo el campo magn tico El tubo de de haz fino se encuentra montado en un z calo con casquillos de conexi n de difer entes colores Para la protecci n del tubo se ha instalado en el z calo un circuito de protecci n el cual desconecta la tensi n por encima del Cutoff voltage tensi n de desconexi n indicada en el z calo del tubo El circuito de protecci n evita que una tensi n muy alta destruya la calefacci n y hace posible que al conectarla la tensi n
20. ff Voltage e Esperar aprox 1 minuto antes de ligar at que a temperatura da espiral de aquecimento se estabilize e Aumentar devagar a tens o an dica at max 300V o feixe primeiramente horizontal torna se vis vel por uma luz t nue azulada e Selecionar a tens o de Wehnelt de modo que seja vis vel um feixe o mais fino definido poss vel e Aperfei oar a defini o e a claridade do feixe atrav s da varia o da tens o de aquecimento e Elevar a corrente de bobina atrav s das bobinas de Helmholtz e verificar se o feixe de el trons est curvado para cima e Caso n o se observe uma curvatura do feixe de el trons e Inverter a polaridade das bobinas de modo que a corrente percorra ambas as bobinas no mesmo sentido Caso a curvatura do feixe de el trons n o aponte para cima e Para inverter a polaridade do campo magn tico intercambiar os cabos de conex o na fonte de alimenta o e Elevar mais a corrente da bobina e verificar se o feixe forma um percurso circular fechado em si Caso o c rculo n o se feche e Girar o tubo de feixe estreito junto com a sua base no eixo vertical 7 Exemplo de experi ncia Determina o da carga espec fica e m do el tron e Selecionar a corrente de bobina de tal maneira que o raio da rbita seja de por exemplo 5 cm e anotar o valor ajustado e Reduzir a tens o an dica a passos de 20 V a 200 V selecionar a corrente de bobina I a ca
21. is l appareil d alimentation hors ten sion Pendant l utilisation du tube son col chauffe e Laisser refroidir le tube avant de le ranger Le respect de la directive CE sur la compatibilit lectromagn tique est uniquement garanti avec les alimentations recommand es 2 Description Le tube pinceau troit sert l tude de la d via tion de faisceaux lectroniques dans un champ magn tique homog ne l aide de la paire de bobines Helmholtz 1000906 ainsi qu la d ter mination quantitative de la charge sp cifique e m de l lectron Un piston en verre renferme les canons lectro niques constitu s d une cathode d oxyde chauf fage indirect d un cylindre de Wehnelt et d une anode trou e en atmosph re de gaz r siduel au n on avec une pression gazeuse pr cise Les atomes gazeux sont ionis s sur toute la trajectoire des lectrons formant un faisceau brillant cou pure nette Des rep res de mesure permettent de d terminer le diam tre du chemin circulaire du rayon d vi dans le champ magn tique sans paral laxe Le tube est mont sur un socle pr sentant des douilles de connexion de couleur Pour prot ger les tubes un circuit de protection est install dans le socle celui ci coupe toute tension sup rieure celle indiqu e sur le socle de tubes sous Cutoff Voltage tension de rel che ment Le circuit de protection emp che qu une tension trop lev e dissipe le chauffage et
22. laskolben befindet sich die Elektronen kanone bestehend aus einer indirekt geheizten Oxidkatode einem Wehneltzylinder und einer Lochanode in einer Neonrestgas Atmosph re mit pr zise eingestelltem Gasdruck Die Gasatome werden l ngs der Elektronenflugbahn ionisiert und es entsteht ein leuchtender scharf begrenzter Strahl Eingebaute Messmarken erlauben die parallaxenfreie Bestimmung des Kreisbahn durchmessers des im Magnetfeld abgelenkten Strahls Die Fadenstrahlr hre ist auf einem Sockel mit farbigen Anschlussbuchsen montiert Zum Schutz der R hre ist im Sockel eine Schutzschaltung installiert die die Spannung oberhalb der auf dem R hrensockel angegebenen Cutoff Voltage Ab schaltspannung abschaltet Die Schutzschaltung verhindert dass eine zu hohe Spannung die Hei zung zerst rt und sorgt daf r dass beim Einschal ten die Spannung weich hochf hrt 3 Technische Daten Gasf llung Neon Gasdruck 1 3x 10 bar Heizspannung 5 bis 7 V DC siehe Angabe Cutoff Voltage auf dem R hrensockel Heizstrom lt 150 mA Wehneltspannung 0 bis 50 V Anodenspannung 200 bis 300 V Anodenstrom lt 0 3 mA Fadenstrahlkreis 20 bis 120 mm Y Messmarkenabstand 20mm Kolbendurchmesser 160 mm Gesamth he 260 mm Anschlusssockel Masse 115 x 115 x 35 mm ca 820g 4 Allgemeine Grundlagen Auf ein Elektron das sich mit der Geschwindigkeit v senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld B bewegt wirkt senkrecht
23. magn tico B se genera en el par de bobinas de Helmholtz y es proporcional a la cor riente 4 que circula a trav s de una sola bobina El factor de proporcionalidad k se puede calcular a partir del radio de la bobina R 147 5 mm y el n mero de espiras N 124 por bobina B k ly con 3 lar mr ose DI 5 Am A 5 R De esta manera se conocen todas las magni tudes necesarias para determinar la carga es pecifica del electron 5 Aparatos requeridos adicionalmente 1 Fuente de alimentaci n de CC 300 V 230 V 1001012 o 1 Fuente de alimentaci n de CC 300 V 115 V 1001011 y 1 Fuente de alimentaci n de CC 20 V 5 A 230 V 1003312 o 1 Fuente de alimentaci n de CC 20 V 5 A 115 V 1003311 o 1 Fuente de alimentaci n de CC 500 V 230 V 1003308 o 1 Fuente de alimentaci n de CC 500 V 115 V 1003307 1 Par de bobinas de Helmholtz 1000906 1 o 2 Mult metro analogico AM50 1003073 Cables de experimentaci n de seguridad 6 Manejo 6 1 Montaje e Se coloca el tubo de haz fino entre las bobinas de Helmholtz e Para poder observar mejor el haz de electrones se debe realizar el experimento en un cuarto oscuro o 1Conexi n del tubo de haz fino a la fuente de alimentaci n de CC 300 V e Realice el cableado del tubo con la fig 1 e Conecte el voltimetro en paralelo a la salida de 300 V e Conecte las bobinas en serie a la fuente de alimentaci n de CC 20 V como se muestr
24. o della guida circolare r i valori di misura in un diagramma rB 2U secondo l equa zione 5 si trovano su una retta di origine con incremento e m Il campo magnetico B viene generato in una cop pia di bobine di Helmholtz ed proporzionale alla corrente attraverso una singola bobina Il fatto re di proporzionalit k pu essere calcolato sulla base del raggio della bobina R 147 5 mm e del numero di spire N 124 per bobina B k ly con 3 part rano e E 5 Am R A Pertanto tutte le grandezze di determinazione per la carica elettronica specifica sono note 5 Dotazione supplementare necessaria 1 Alimentatore CC 300 V 230 V 1001012 oppure 1 Alimentatore CC 300 V 115 V 1001011 e 1 Alimentatore CC 20 V 5 A 230 V 1003312 oppure 1 Alimentatore CC 20 V 5 A 115 V 1003311 oppure 1 Alimentatore CC 500 V 230 V 1003308 oppure 1 Alimentatore CC 500 V 115 V 1003307 1 Coppia di bobine di Helmholtz 1000906 1 oppure 2 Multimetro analogico AM50 1003073 Cavi di sicurezza per esperimenti 6 Comandi 6 1 Montaggio e Posizionare il tubo a fascio filiforme tra le bobine di Helmholtz e Per poter osservare meglio il fascio elettroni co l esperimento dovrebbe essere eseguito in una stanza con poca luce D 1Collegamento del tubo a fascio filiforme all alimentatore CC 300 V e Cablare il tubo come indicato nella fig 1 e Collegare il voltmetro in parallelo all uscita da 300 V e Collega
25. para a carga espec fica do el tron s o conhecidas 5 Exig ncia de aparelhos complementares 1 Fonte de alimenta o DC 300 V 230 V 1001012 ou 1 Fonte de alimenta o DC 300 V 115 V 1001011 e 1 Fonte de alimenta o DC 20 V 5 A 230 V 1003312 ou 1 Fonte de alimenta o DC 20 V 5 A 115 V 1003311 ou 1 Fonte de alimenta o DC 500 V 230 V 1003308 ou 1 Fonte de alimenta o DC 500 V 115 V 1003307 1 Par de bobinas de Helmholtz 1000906 1 ou 2 Mult metro anal gico AM50 1003073 Cabos para experi ncias de seguran a 6 Utiliza o 6 1 Montagem e Colocar o tubo de raios de feixe estreito entre as duas bobinas de Helmholtz e Para poder observar melhor o feixe de el trons a experi ncia deve ser realizada num local obscurecido D 1 Conex o do tubo de feixe estreito com o fonte de alimentac o DC 300 V e Efetuar a conex o do tubo conforme a fig 1 e Conectar o voltimetro paralelo a isso na sa da de 300 V e Conectar as bobinas em s rie com a fonte de alimenta o DC 20 V conforme a fig 2 de modo que ambas as bobinas sejam percorridas pela corrente no mesmo sentido D 2 Conex o do tubo de feixe estreito com o fonte de alimentac o DC 500 V e Efetuar a conex o do tubo conforme a fig 4 6 2 Ajuste do feixe de el trons e Aplicar uma tens o de aquecimento de por exemplo 7 5 V a tens o de aquecimento tem que situar se abaixo do Cuto
26. r r 5 cm rouge r 4 cm vert r 3 cm A N a U33000 J N gt Fig 4 Raccordement du tube pinceau troit au bloc d alimentation CC 500 V Elwe Didactic GmbH Steinfelsstr 5 08248 Klingenthal Allemagne www elwedidactic com 3B Scientific GmbH Rudorffweg 8 21031 Hambourg Allemagne www 3bscientific com Sous r serve de modifications techniques Copyright 2012 3B Scientific GmbH 3B SCIENTIFIC PHYSICS D Tubo a fascio elettronico su base di collegamento 1000904 Istruzioni per l uso 09 12 ALF A gt 1 Tubo a fascio filiforme 2 Zoccolo di collegamento 3 Jack di raccordo per anodo 4 Jack di raccordo per catodo 5 Jack di raccordo per cilindro di We hnelt 6 Jack di raccordo per spirale riscaldan te N 1 Norme di sicurezza tubi catodici incandescenti sono bulbi in vetro a pareti sottili sotto vuoto Maneggiare con cura rischio di implosione e Non esporre i tubi a sollecitazioni meccaniche Tensioni e correnti eccessive e temperature ca todiche non idonee possono distruggere i tubi e Rispettare i parametri di funzionamento indi cati Durante il funzionamento dei tubi possono esse re presenti tensioni e alte tensioni che rendono pericoloso il contatto au pW e Per i collegamenti utilizzare esclusivamente cavi di sperimentazione di sicurezza e Eseguire i collegamenti soltanto con gli appa recchi
27. re le bobine in serie all alimentatore CC 20 V come indicato nella fig 2 in modo che la corrente attraversi entrambe le bobine nella stessa direzione 6 1 2Collegamento del tubo a fascio filiforme all alimentatore CC 500 V e Cablare il tubo come indicato nella fig 4 6 2 Regolazione del fascio elettronico e Applicare la tensione di riscaldamento ad esempio a 7 5 V La tensione di riscalda mento deve essere inferiore al cutoff volta ge e Attendere ca 1 minuto finch si stabilizza la temperatura della spirale di riscaldamento e Aumentare lentamente la tensione anodica fino a massimo 300 V il fascio elettronico inizial mente orizzontale viene reso visibile da una debole luce blu e Selezionare la tensione di Wehnelt in modo che si possa vedere un sottilissimo fascio di raggi dai contorni nitidi e Ottimizzare la nitidezza e la luminosit del fascio di raggi modificando la tensione di ri scaldamento e Aumentare la corrente di bobina I agendo sulle bobine di Helmholtz e controllare se il fascio elettronico si incurva verso l alto Qualora non si denoti alcuna curvatura del fascio elettronico Invertire la polarit di una delle bobine in modo che la corrente attraversi entrambe le bobine nella stessa direzione Se il fascio elettronico non mostra una curvatura verso l alto e Per invertire la polarit del campo magnetico scambiare i cavi di collegamento dell alimentatore e Aumentare ulterio
28. rmente la corrente di bobi na e controllare se il fascio elettronico genera una guida circolare chiusa in se stessa Se la guida circolare non chiusa e Ruotare il tubo a fascio filiforme con tutta la base attorno all asse verticale 7 Esempi di esperimenti Determinazione della carica specifica e m dell elettrone e Impostare la corrente di bobina in modo che il raggio della guida circolare sia di 5 cm e an notare il valore impostato e Ridurre la tensione anodica in fasi da 20 V fino a 200 V quindi impostare la corrente di bobina 4 in modo che il raggio rimanga costante e annota re questi valori e Registrare ulteriori serie di misurazioni per i raggi da 4 cm e 3 cm della guida circolare e Per un ulteriore analisi riportare i valori di misura in un diagramma FB 2U ved Fig 3 L incremento delle rette di origine corrisponde a elm U8521371 Fig 1 Collegamento del tubo a fascio elettronico all a limentatore CC 300 V Fig 2 Collegamento elettrico della coppia di bobine di Helmholtz 2U V 600 400 e 200 0 10 20 30 40 Br mt cm Fig 3 Diagramma B 2U dei valori di misura nero r 5 cm rosso r 4 cm verde r 3 cm A a Sa U33000 e A Fig 4 Collegamento del tubo a fascio filiforme all a limentatore CC 500 V Elwe Didactic GmbH Steinfelsstr 5 08248 Klingenthal Germania www elwedidactic com 3B Scientific GmbH Ru
29. scrivent alors dans un diagramme FB 2U conform ment l quation 5 sur une droite d origine dont la pente est e m Le champ magn tique B est g n r dans une paire de bobines de Helmholtz sa valeur est proportionnelle au courant parcourant une seule bobine Il sera possible de calculer le fac teur de proportionnalit k partir du rayon de la bobine R 147 5 mm et du nombre de spires N 124 par bobine B k k 3 kl Prato zo DI 5 Am R A L ensemble des grandeurs d terminantes tant par l connues pour cette charge l mentaire sp cifique 5 Accessoires suppl mentaires requis 1 Alimentation CC 300 V 230 V 1001012 ou 1 Alimentation CC 300 V 115 V 1001011 et 1 Alimentation CC 20 V 5 A 230 V 1003312 ou 1 Alimentation CC 20 V 5A 115V 1003311 ou 1 Alimentation CC 500 V 230 V 1003308 ou 1 Alimentation CC 500 V 115 V 1003307 1 Paire de bobines de Helmholtz 1000906 1 ou 2 Multim tre analogique AM50 1003073 C bles exp rimentaux de s curit 6 Manipulation 6 1 Montage de l appareillage exp rimental e Placez le tube entre les bobines de Helm holtz e Afin de mieux pouvoir observer le rayon d lectrons l essai exp rimental devrait se d rouler dans une salle occult e o 1 Raccordement du tube pinceau troit au bloc d alimentation CC 300 V e Proc dez au c blage du tube comme le montre la fig 1 e Raccordez en parall le le voltm tre la sortie 3
30. suba suavemente 3 Datos t cnicos Ne n 1 3 x 10 bar 5a7V CC ver la indicaci n del Cutoff Contenido de gas Presi n de gas Tensi n de calentamiento voltage en el z calo del tubo Corriente de caldeo lt 150 mA Tensi n de Wehnelt 0a 50 V Tensi n de nodos 200 a 300 V Corriente de nodos lt 0 3 mA Di metro de rbita de haz fino de radiaci n 20 a 120 mm Distancia entre marcas de medici n 20 mm Di metro del mbolo 160 mm Altura total con z calo 260 mm 115 x 115 x 35 mm aprox 820 g Base del z calo Peso 4 Fundamentos generales Sobre un electr n que se mueve con una veloci dad v en direcci n perpendicular al campo magn tico uniforme B act a la fuerza de Lorentz en sentido perpendicular a la velocidad y al campo F e v B 1 e carga elemental Como fuerza centripeta p mv 2 r m masa del electr n obliga al electr n a adoptar una rbita con el radio r Por tanto p 3 r La velocidad v depende de la tensi n de acel eraci n U del ca n de electrones ve 28 4 m Por tanto para la carga espec fica del electr n es v lido e 2 U m BF Si se mide el radio r de la rbita con diferentes tensiones de aceleraci n U y diferentes campos magn ticos B los valores de medici n registrados en un diagrama PB en funci n de 2U de acuerdo con la ecuaci n 5 se encuentran en una recta de origen con la pendiente e m El campo
31. tido com a utiliza o dos aparelhos de alimenta o el trica recomendados 2 Descri o O tubo de raios de feixe estreito serve para a pesquisa do desvio de feixes de el trons em campos magn ticos homog neos utilizando se o par de bobinas de Helmholtz 1000906 assim como para a determina o quantitativa da carga espec fica do el tron e m O canh o de el trons se encontra numa ampola de vidro e feito de um c todo xido aquecido um cilindro de Wehnelt e um nodo de orif cio numa atmosfera de res duos de n on com press o do g s ajustada com precis o Os tomos de g s s o ionizados ao longo do percurso de v o dos el trons e surge assim um feixe luminoso de limites n tidos Marcas de medi o integradas permitem uma determina o do di metro da rbita do raio desviado no campo magn tico sem paralaxe O tubo de raios de feixe estreito encontra se montado sobre uma base com tomadas de conex o coloridas Para a prote o do tubo existe na tomada um circuito de prote o que desliga a tens o acima do Cutoff Voltage Tens o de desligamento indicado na base do tubo O circuito de prote o evita que uma tens o demasiado alta destrua o aquecedor e cuida para que ao ligar a tens o suba de maneira suave 3 Dados t cnicos n on 1 3 x 10 bar 5a7V DC vera indica o Cutoff Voltage sobre a base Preenchimento gasoso Press o do g s Tens o de aquecimento do
32. ty of one of the coils so that current passes in the same direction through both coils If the electron beam does not curve upwards e Swap the connections on the power supply unit to reverse the polarity of the magnetic field e Continue increasing the current passing through the coils watch until the electron beam forms a closed circle If the path does not form a closed circle e Slightly turn the fine beam tube along with its base around its vertical axis 7 Sample experiment Determination of the specific charge of an electron e m e Select the current passing through the coils so that the radius of the circular path is for example 5 cm Note the set current value e Decrease the anode voltage in steps of 20 V to 200 V In each case set the coil current ly so that the radius remains constant Take down these values e Record other series of measured values for radii of 4 cm and 3 cm e For further evaluation plot the measured values in a graph of PB against 2U see Fig 3 The slope of the line through the origin corresponds to e m U8521371 Fig 1 Electrical connections from the fine beam tube to the DC power supply unit 300 V Fig 2 Electrical connections to the pair of Helmholtz coils 2U V 600 400 e 200 0 10 20 30 40 B r mT cm Fig 3 Graph of PB against 2U for values as measured black r 5 cm red r 4 cm green r 3 cm U33000
33. veille ce que la tension n augmente que lentement lors la mise sous tension 3 Caract ristiques techniques Remplissage de gaz n on Pression gazeuse 1 3 x 10 bar Tension de chauffage 5 7V CC cf indi cation Cutoff Voltage sur le so cle de tubes Courant de chauffage lt 150 mA Tension Wehnelt 0 50 V Tension anodique 200 300 V Courant anodique lt 0 3 mA Diam tre du pinceau troit 20 120 mm Ecart des rep res 20 mm Diam tre de piston 160 mm Hauteur totale avec socle 260 mm Plaque 115 x 115 x 35 mm Masse env 820 g 4 Notions de base generales Sur un lectron se d pla ant une vitesse v perpendiculairement par rapport un champ magn tique uniforme B la force de Lorentz agit perpendiculairement par rapport la vitesse et au champ magn tique F e v B 1 e charge l mentaire Elle soumet en tant que force centrip te l lectron m v F 2 r m masse de l lectron sur une trajectoire circulaire au rayon r D o en d coule eB 7Y 3 La vitesse v d pend de la tension d acc l ration U du canon lectrons D 4 m Pour la charge sp cifique de l lectron l quation susmentionn e s applique alors e 2 U 5 m r B Si tant donn s diff rentes tensions d acc l ra tion U et diff rents champs magn tiques B nous mesurons les rayons respectifs r d une trajectoire circulaire les valeurs mesur es s in
34. vestigating the deflection of cathode rays in a uniform magnetic field produced by a pair of Helmholtz coils 1000906 In addition it can also be used for quantitative determination of the specific charge of an electron e m Located inside a glass bulb with a neon residual gas atmosphere is an electron gun which consists of an indirectly heated oxide cathode a Wehnelt cylinder and a perforated anode The gas atoms are ionised along the path of the electrons and a narrow well defined luminescent beam is produced Incorpo rated measurement marks facilitate a parallax free determination of the diameter of the circular path of the beam deflected in the magnetic field The Fine Beam Tube is mounted on a base with coloured connectors In order to protect the tube a protective circuit is built into the base which shuts off any voltage in excess of the base s pre set cut off voltage The protective circuit prevents excessive voltages from damaging the heater filament and ensures a smooth switch on re sponse once the voltage is applied 3 Technical data Neon 1 3 x 10 bar Gas filling Gas pressure Filament voltage Filament current lt 150 mA Wehnelt voltage 0 bis 50 V Anode voltage 200 to 300 V Anode current lt 0 3 mA Diameter of fine beam path 20 to 120 mm Division spacing 20 mm Tube diameter 160 mm Total height incl base 260 mm Base plate 115 x 115 x 35 mm Weight approx 820 g 5 to 7
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