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Práctica de laboratorio 3
Los objetivos de la práctica son:
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Observar patrones de Intensidad Difracción/Interferencia producidos por
diferentes arreglos de rendijas.
Identificar en forma auditiva el fenómeno de batido.
Observar la anulación total o parcial de la intensidad de un láser utilizando
arreglos de polaroides.
Calcular el índice de refracción de un vidrio por medio del cálculo del ángulo de
Brewster.
Medir la relación entre carga y masa del electrón utilizando un método similar
al utilizado por J.J. Thomson en 1897.
Exp1.-Difracción-Interferencia:
Descripción breve del experimento:
Un láser, cuya longitud de onda es
conocida, se hace atravesar arreglos
de N rendijas equiespaciadas
impresos sobre una diapositiva,
como muestra la figura. Se estudian
los
patrones
de
intensidad
estacionarios observados sobre la
pantalla que se encuentra a una
distancia L, para distintos tamaños
de las rendijas (a) y para distintos
espaciados entre rendijas (D).
Preguntas:
1. Si bien mediante la observación del patrón formado en la pantalla no es posible
saber los valores de a ó D sí es posible deducir, al menos en forma aproximada, la
relación que existe entre estas dos magnitudes, ¿Cómo hacemos esto?
2. Para cada caso discuta el número de rendijas que tiene el arreglo.
3. Mediante los datos proporcionados por la experiencia, esto es, distancia del
arreglo a la pantalla, distancia entre máximos de interferencia, tamaño del máximo
central de difracción, longitud de onda del láser utilizado, deduzca los valores de a
y D.
Exp3.-Polarización:
1. Polaroides: Observamos como cambia la intensidad del láser observada en la
pantalla cuando se introduce en medio, arreglos de polaroides con sus ejes de
transmisión orientados en diferentes direcciones.
Explique los resultados de la experiencia y compare con los resultados que se obtendrían
teóricamente para los casos:
1
a) un solo polaroide
b) dos polaroides cruzados (ejes de transmisión a 90°)
c) la inserción de un tercer polaroide en medio de los anteriores con un ángulo
α entre el eje de éste y el primero.
2. Índice de refracción: Se hace incidir un haz linealmente polarizado sobre un trozo
de vidrio formando un ángulo θi con la normal al vidrio. Si la polarización del
rayo incidente es la adecuada, cuando el ángulo θi coincide con el ángulo de
Brewster, podremos observar la completa anulación del rayo reflejado por el
vidrio.
Preguntas:
1. Cuando decimos “Si la polarización del rayo incidente es la adecuada”, ¿a qué nos
referimos?
2. ¿Cómo obtenemos dicho rayo polarizado linealmente?
3. Deduzca la forma de calcular el coeficiente de refracción del vidrio a partir de la
medición del ángulo de Brewster.
Exp3.- Batidos:
Si dos sonidos de frecuencias muy próximas (f1 y f2) suenan llegan a nuestro oído lo que
percibimos es un fenómeno que se conoce con el nombre de batido. Lo que apreciamos es
un sonido cuya frecuencia es muy similar a la de cualquiera de las dos que lo generan
pero su amplitud varía de forma armónica a una frecuencia mucho menor (f2-f1). Si bien
existen actualmente dispositivos que permiten afinar los instrumentos de forma
electrónica, muchos músicos aun utilizan su oído para afinar sus instrumentos.
En esta experiencia produciremos batidos con una guitarra eléctrica. Observaremos como
disminuyendo o aumentando la tensión de las cuerdas podemos aumentar o disminuir la
frecuencia de los batidos. Hablaremos de la función que desempeña un distorsionador.
Exp4.- Medición de la relación carga/masa (e/m) de los electrones:
Objetivo: Visualizar el desvío de un haz de electrones, cuando se aplica un campo
magnético uniforme.
Introducción: Se acelera un rayo de electrones a través de un potencial conocido. Un par
de bobinas de Helmholtz producen un campo magnético, uniforme y de una magnitud que
se puede medir, a 90° con respecto al rayo de electrones. Este campo magnético deflecta
el rayo de electrones en un camino circular. Midiendo el potencial de aceleración (V), la
corriente de las bobinas (I), y el radio del camino circular de los electrones (r), se puede
calcular e = 2V 2 2 .
m
B r
Instrumentos utilizados:
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Aparato PASCO Modelo SE-9638 e/m
Fuente de alimentación 6-9 VDC @ 3A para las bobinas. (PASCO SF-9584 de
bajo voltaje) y 6.3 VDC ó VAC para el filamento del cañón.
2
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Para el potencial de aceleración se utiliza una fuente 150-300 VDC (PASCO SF9585 de alto voltaje).
No utilizaremos voltímetros y amperímetros porque las fuentes cuentan con estos
dispositivos incluidos. De todas maneras es recomendable que para mediciones
más precisas se utilicen multímetros.
El tubo e/m: El tubo está relleno de
helio a 10-2 mm Hg, y contiene un
cañón de electrones y placas de
deflexión. El haz de electrones deja un
camino visible en el tubo, porque
algunos electrones chocan con los
átomos de He, los que se excitan y
luego irradian una luz visible.
Bobinas
Haz de e-
Regla
La medición e/m:
Tubo
Cañón
r
r r
Fm = ev × B es la fuerza magnética
r
donde v es la velocidad con que se
r
mueve la carga, y B es le campo
magnético. Como el rayo de electrones
es perpendicular al campo magnético,
Controles
podemos escribir la ecuación en forma escalar: Fm = evB . Como los electrones se
mueven en círculos experimentan una fuerza centrípeta Fc = mv
ecuaciones se desprende e
m
=v
Br
2
r
. De estas dos
.
Luego del teorema de Trabajo y Energía v = (2eV
1
m
que el campo magnético cerca de las bobinas es B =
) 2 . Por otra parte, se puede deducir
[ N µ 0 ]I
, donde a=15cm es el radio
a
de las bobinas y N=130 son la cantidad de espiras de las mismas.
Introduciendo estas dos
2V ( 5 )3 a 2
2V
4
e =
=
2
m ( N µ Ir )2
( Br )
0
últimas
ecuaciones
(5 4)
en
3
2
la
anterior
se
llega
a
Nota: El campo magnético es proporcional a la corriente que circula por las bobinas,
B (tesla ) = 7.8 × 10 −4 I .
3
Complete la siguiente tabla:
Datos
Corriente de las bobinas de Helmholtz (I)
Voltaje de aceleración (V)
Radio medido (r)
e/m teórico
e/m medido
Medición 1
Medición 2
Medición 3
4