Liceo Scientifico “G. Ferraris” di Taranto:
Federica Durante, Francesca Fontanella, Roberto Pacifico, Francesca Pantano,
Egidio De Salve, Dario Notarnicola, Luca Cardilli
Obiettivo
Studiare l’emissione, l’accelerazione e la deflessione di un
fascio di elettroni dovuta alla presenza di campi elettrici e
magnetici.
Strumenti
Generatore
di tensione
Voltmetro
(500V)
Oscilloscopio
Resistenza
Cavi di
collegamento
Elementi dell’oscilloscopio
1. tubo a raggio catodico;
2. catodo incandescente ;
3. anodo (disco forato);
4. piastre di deflessione ;
5.anello con tre bobine di deflessione ;
6.schermo fluorescente
5
3
6
4
2
Procedimento
All’interno del tubo catodico, gli elettroni emessi per
incandescenza vengono diretti in un fascio (raggi catodici)
per mezzo di un’elevata differenza di potenziale elettrico
tra catodo ed anodo. Essendo l’anodo forato, il fascio di
elettroni non si arresta ma lo oltrepassa e con l’ausilio dei
campi magnetici delle bobine contenute nell’oscilloscopio,
applicati alle piastre deflettrici opportunamente disposte,
esso viene deviato e visualizzato fuori asse sullo schermo
_fluorescente.
+
_
+
Catodo
Anodo
Piastre deflettrici
Schermo
Forza di Lorentz
Portando il generatore ad un valore di tensione tale da
rendere visibile sullo schermo fluorescente il fascio di
elettroni emesso dal catodo, il raggio veniva deflesso
dall’azione dei campi magnetici mediante l’azione
della forza di Lorentz, che è la forza agente su una
carica q che si muove con velocità v in presenza di un
campo magnetico B e che risulta essere data dalla
formula F = qvxB
La direzione è perpendicolare al piano
individuato dai vettori v e B, mentre
il verso si ottiene mediante la regola
della mano destra, tenendo però conto
del segno della carica. Per tal motivo,
essendo in presenza di elettroni con
carica negativa, bisogna considerare
il verso opposto alla forza di Lorentz
risultante.
Collegamento con una bobina
◊ Collegando solo la bobina di sinistra alla resistenza, il
puntino luminoso proiettato sullo schermo era diretto
verso il basso, in accordo con la regola della mano
destra: infatti essendo il vettore campo magnetico B
uscente dalla bobina e diretto verso l’interno e il
vettore velocità v del fascio di elettroni rivolto verso di
noi, la forza di Lorentz doveva essere un vettore
diretto verso l’alto, ma tenendo conto della carica
negativa degli elettroni, esso doveva essere diretto in
verso opposto, ovvero verso basso.
◊ Collegando, invece, solo la bobina di destra, il puntino
luminoso andava verso l’alto, anche in questo caso in
accordo con quanto calcolato con la regola della mano
destra.
◊ Collegando, successivamente, sempre alla resistenza
solo la bobina posta in alto, il fascio di elettroni era
diretto verso sinistra e anche questo comportamento
era in linea con quanto previsto dalla regola della mano
destra.
Collegamento con due bobine
Collegando contemporaneamente la bobina posta a
sinistra e quella posta a destra, il punto luminoso
rimaneva invariato e questo perché la risultante dei
due vettori visti in precedenza è il vettore nullo.
Collegando la bobina di sinistra e quella posta in alto, il
punto luminoso era leggermente spostato in basso a
sinistra, in accordo con la regola del parallelogramma
tra un vettore diretto verso il basso ed uno diretto
verso sinistra.
Collegando la bobina di destra e quella posta in alto, il
punto era di poco spostato in alto a sinistra, sempre in
accordo con la regola del parallelogramma tra un
vettore diretto verso l’alto ed uno diretto verso
sinistra.
Collegamento con tre bobine
Collegando tutte e tre le bobine alla
resistenza, teoricamente il punto era
diretto verso sinistra, in accordo col
fatto che il vettore diretto verso l’alto e
quello diretto verso il basso si annullano
si annullano a vicenda, per cui è come se
rimanesse solo la bobina posta in alto; in
realtà il punto subiva una minima
deflessione dovuta al campo magnetico
delle bobine di destra e sinistra.