Teoría de la electricidad
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1. Para generar un campo alterno vertical f2 50 Hz encienda el transformador de baja tensi n S y aumente la tensi n lentamente hasta aprox 6 V Sin alterar la frecuencia f 50 Hz aumente la tensi n en el generador de funciones hasta aprox 2 5 V Observe la imagen sobre la pantalla fluorescente Var e cuidadosamente la frecuencia f alrededor de 50 Hz Por ltimo ajuste la frecuencia f a valores notoriamente mayores y menores Observaci n Si a las bobinas de Helmholtz se les aplica una tensi n alterna con una frecuencia f de 1 Hz la mancha luminosa se mueve en direcci n vertical sobre la pantalla de arriba hacia abajo y viceversa Si se aumenta la tensi n lentamente aumenta tambi n la desviaci n de la mancha luminosa hacia arriba y hacia abajo Despu s de elevar la frecuencia a 50 Hz se puede apreciar una l nea vertical Si a la bobina de baja tensi n se le aplica una tensi n alterna con una frecuencia f 50 Hz entonces se ve una l nea horizontal sobre la pantalla Si se aumenta la tensi n la l nea horizontal se prolonga sim tricamente por ambos lados hacia la izquierda y hacia la derecha Si tanto a la bobina de baja tensi n como a las bobinas de Helmholtz se les aplica una tensi n alterna con una frecuencia de 50 Hz entonces en la pantalla aparece una elipse que aparenta rotar Peque as variaciones de la frecuencia f alrededor de 50 Hz hace que se var e la velocidad de la rotaci n d2. cs 1006 Teor a de la electricidad Portadores de carga movi ndose en el vac o Tubo de Perrin Hojas de F sica P3 8 4 2 Generaci n de figuras de Lissajous desviando electrones mediante campos magn ticos alternos cruzados Objetivo del experimento MN Generaci n de figuras de Lissajous desviando un haz electr nico en campos magn ticos alternos cruzados Fundamentos Con un tubo de Perrin se pueden estudiar diferentes propiedades de los rayos cat dicos En los experimentos con los tubos diodo triodo y el tubo con cruz de Malta se estudi cualitativamente la existencia de los rayos cat dicos su propagaci n en l nea recta en el espacio libre y su desviaci n bajo campos el ctricos y magn ticos Con el tubo de Perrin se pueden determinar la polaridad y la carga espec fica de los portadores de carga P3 8 4 1 Sobre la pantalla fluorescente se puede observar tambi n la desviaci n del rayo electr nico causada por los campos el ctrico y magn tico y estudiarla con m s detalle La desviaci n en el campo magn tico se debe a la fuerza de Lorentz F q vxB sobre los portadores de carga y es perpendicular a la direcci n de movimiento de los portadores de carga y a las l neas del campo magn tico En el experimento se estudia la desviaci n de electrones bajo campos magn ticos alternos cruzados Cuando un rayo electr nico se mueve entre dos campos magn ticos alternos cuyas l neas de campo son perpendi
3. al de las figuras de Lissajous sobre la pantalla depende de las tensiones alternas aplicadas Si la raz n entre f y f2 es un n mero racional se obtienen entonces figuras cerradas que se ven estacionarias En las figuras de la derecha se muestran las curvas para diferentes razones de frecuencia y desfases Si las frecuencias de ambos campos son iguales pero con desfase diferente entre ambas oscilaciones la figura de Lissajous tiene la forma de una l nea un c rculo o una elipse Una elipse que rota indica que las frecuencias aplicadas no coinciden exactamente Si la raz n de frecuencias var a entonces se obtienen otras figuras La raz n de frecuencias se puede determinar a partir del n mero de m ximos en los bordes que se tiene en un recorrido Para una raz n de frecuencias de 3 2 se aprecian 3 m ximos arriba y abajo y 2 m ximos en cada lado Un caso especial se presenta cuando una l nea oculta un m ximo Lo que se ve son varios m ximos juntos que deben ser contados por separado En el ejemplo con una raz n de frecuencias de 4 3 y con desfase de 270 los dos m ximos inferiores se esconden detr s de l neas los otros m ximos son recorridos dos veces cada uno Si se hace el conteo a trav s de un recorrido completo se obtiene la relaci n de 4 a 3 Nota A partir de las figuras de Lissajous se puede analizar cualquier tensi n alterna aplicada a las bobinas de Helmholtz en su valor absoluto y frecuencia A tal fin deb
4. culares entre si los movimientos de los electrones son una superposici n de los movimientos en direcci n vertical y horizontal Principio de Superposici n Sobre la pantalla se ver n diferentes figuras dependiendo de las frecuencias seleccionadas Si la raz n entre ambas frecuencias aplicadas es un n mero racional las curvas que se obtienen son cerradas y por tanto estacionarias A partir de ellas se puede leer la raz n de frecuencias y el desfase entre los campos alternos aplicados A estas curvas se les conoce bajo el nombre de Figuras de Lissajous Para todas las otras razones de frecuencias las curvas son abiertas y parecen estar girando Para el caso especial donde los campos tienen la misma frecuencia y amplitud se obtiene una l nea diagonal si el desfase es de 0 180 o un c rculo si el desfase es de 90 2709 Pero incluso para diferentes amplitudes si el desfase es de 0 180 se obtiene una sola l nea la pendiente de la l nea depende de la relaci n de amplitudes Para un desfase de 90 270 se obtiene una elipse cuyos semiejes corresponden justo a la desviaci n producida por las dos tensiones alternas aplicadas Para otros desfases se obtiene siempre una elipse girada O LD Didactic GmbH Materiales 555 622 555 600 555 604 1 tubo de Perrin 1 portatubo 1 par de bobinas de Helmholz 1 bobina de 500 espiras 1 transformador variable de baja tensi n S 521 35 1 fuente de alimentaci n
5. de alta tensi n de 10 kV 521 70 1 generador de funciones S 12 0 1 Hz 20 kHz 522 621 1 taco para calzar juego de 6 piezas 300 761 1 cable de experiment de seg 25 cm rojo 500 611 2 cables de experiment de seg 50 cm rojos 500 621 1 cable de experiment de seg 50 cm azul 500 622 3 cables de experiment de seg 100 cm rojos 500 641 3 cables de experiment de seg 100 cm azules 500 642 2 cables de experiment de seg 100 cm negros 500 644 LD Didactic GmbH LeyboldstraBe 1 D 50354 H rth Alemania Tel fono 02233 604 0 Fax 02233 604 222 e mail infoOld didactic de Impreso en la Rep blica Federal de Alemania Modificaciones t cnicas reservadas P3 8 4 2 LD Hojas de F sica Montaje experimental Instrucciones de seguridad El tubo de Perrin es un tubo de vidrio de vac o y de paredes delgadas hay peligro de implosi n El tubo no debe estar sometido a cargas mec nicas Conecte el tubo de Perrin s lo con los cables de seguridad especiales para la experimentaci n Siga al pie de la letra las instrucciones de servicio del Tubo de Perrin 555 622 y del Portatubo 555 600 Montaje El montaje experimental est representado en la figura Para el montaje es necesario realizar los siguientes pasos Instale cuidadosamente el tubo de Perrin en el portatubo Para la calefacci n del tubo conecte las hembrillas F4 y F2 del portatubo a la salida posterior de la fu
6. e colocarse una escala sobre la pantalla del tubo y aplicar a la bobina de baja tensi n una tensi n alterna conocida en valor absoluto y frecuencia De esta forma el montaje experimental tambi n puede ser usado como modelo de osciloscopio Raz n de frecuen 1 1 Desfase 0 N Raz n de frecuen 1 1 Desfase 90 Q Raz n de frecuen 1 1 Desfase 180 Z S Raz n de frecuen 1 1 Desfase 45 Raz n de frecuen 2 1 Desfase 0 3 3 Raz n de frecuen 3 2 Desfase 0 Raz n de frecuen 4 3 Desfase 270 8 LI Raz n de frecuen 8 9 Desfase 90 LD Didactic GmbH Leyboldstra e 1 D 50354 H rth Alemania Tel fono 02233 604 0 Fax 02233 604 222 e mail info ld didactic de O LD Didactic GmbH Impreso en la Rep blica Federal de Alemania Modificaciones t cnicas reservadas P3 8 4 2 4 LD Hojas de F sica LD Didactic GmbH LeyboldstraBe 1 D 50354 H rth Alemania Tel fono 02233 604 0 Fax 02233 604 222 e mail info Old didactic de O LD Didactic GmbH Impreso en la Rep blica Federal de Alemania Modificaciones t cnicas reservadas
7. e la elipse o se cambie la direcci n de rotaci n Cuando la variaci n de la frecuencia es mayor se aprecian otras figuras Si la raz n entre f y f2 es un n mero racional las figuras parecen estar estacionarias Evaluaci n El tama o de la desviaci n depende de la intensidad del campo magn tico esto es de la intensidad de corriente que circula por las bobinas Un aumento de la tensi n aplicada produce una corriente mayor y por tanto una mayor desviaci n del haz electr nico Hasta f4 30 Hz todav a se puede percibir el movimiento del punto por encima de este valor s lo se ve una l nea continua ya que el ojo no puede resolver el movimiento del punto Este efecto es reforzado por la persistencia luminosa de la pantalla Si un rayo electr nico se mueve entre dos campos magn ticos alternos cuyas l neas de campo se cruzan LD Didactic GmbH LeyboldstraBe 1 D 50354 H rth Alemania Tel fono 02233 604 0 Fax 02233 604 222 e mail infoOld didactic de O LD Didactic GmbH Impreso en la Rep blica Federal de Alemania Modificaciones t cnicas reservadas LD Hojas de F sica 3 P3 8 4 2 perpendicularmente entre s entonces los movimientos de los electrones en las direcciones vertical y horizontal se superponen Sobre la pantalla se ver n diferentes figuras dependiendo de las frecuencias seleccionadas Estas figuras son conocidas como Figuras de Lissajous La elongaci n horizontal y vertic
8. ente de alimentaci n de alta tensi n de 10 kV Conecte la hembrilla C del portatubo casquillo del c todo del tubo al polo negativo y la hembrilla A nodo al polo positivo de la fuente de alimentaci n de 10 kV y adicionalmente ponga a tierra el polo positivo Una la hembrilla X placas de deflexi n con la hembrilla A nodo Oriente la bobina de 500 espiras mediante los tacos directamente debajo del tubo de Perrin y con ctelo a la salida de tensi n alterna 0 20 V del transformador S Monte el par de bobinas de Helmholtz en las posiciones marcadas con H geometr a de Helmholtz del portatubo Ajuste la altura de las bobinas de tal forma que el centro de las bobinas se encuentre a la altura del eje del haz Conecte las bobinas en serie al generador de funciones de tal forma que la corriente circule por las bobinas en el mismo sentido Realizaci n del experimento Encienda la fuente de alimentaci n de alta tensi n y elija una tensi n an dica entre 2 5 y 5 kV En la pantalla fluorescente aparecer una peque a mancha verde luminosa Para generar un campo magn tico alterno horizontal encienda el generador de funciones y ajuste una tensi n de salida de aprox 2 5 V con una frecuencia f de aproximadamente 1 Hz Observe la peque a mancha luminosa sobre la pantalla Aumente la frecuencia f a aprox 50 Hz y nuevamente observe la imagen sobre la pantalla fluorescente Luego retorne la tensi n a 0 V
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