Práctica de laboratorio 3 (19/11)

Los objetivos de la práctica son:

 

·         Generar batidos y paquetes de onda con matlab® y calcular los parámetros característicos. 

·         Generar ondas estacionarias y utilizarlas como herramienta para medir la velocidad de propagación de ondas en medios mecánicos.

·         Medir la relación entre carga y masa del electrón utilizando un  método similar al utilizado por J.J. Thomson en 1897.

Exp1.-Batidos y paquetes de onda:

El objetivo particular de esta práctica es que usted tenga una idea básica de cómo poder utilizar MATLAB®, o cualquier otro software de similares características para:

1.      Crear una señal de batido: Convertir la señal resultante a una señal de audio. Identificar gráfica y analíticamente los parámetros importantes, tales como período de envolvente, período de portadora, período del batido, etc.

2.      Crear un paquete de ondas a partir de suma de N señales armónicas. En este caso se verificará la relación

para distintos valores de N. El programa se deja a su disposición para utilizarlo y modificarlo.

 

Exp2.-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 .

Instrumentos utilizados:

 

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.

La medición e/m:

es la fuerza magnética donde es la velocidad con que se mueve la carga, yes le campo magnético. Como el rayo de electrones es perpendicular al campo magnético,

podemos escribir la ecuación en forma escalar:

.

Como los electrones se mueven en círculos experimentan una fuerza centrípeta

.

De estas dos ecuaciones se desprende

.

Luego del teorema de Trabajo y Energía

.

Por otra parte, se puede deducir que el campo magnético cerca de las bobinas es

 ,

donde a=15cm es el radio de las bobinas y N=130 son la cantidad de espiras de las mismas.

Introduciendo estas dos últimas ecuaciones en la anterior se llega a

Nota: El campo magnético es proporcional a la corriente que circula por las bobinas,

.

Complete la siguiente tabla:

Datos

Medición 1

Medición 2

Medición 3

Corriente de las bobinas de Helmholtz (I)

 

 

 

Voltaje de aceleración (V)

 

 

 

Radio medido (r)

 

 

 

e/m real

 

 

 

e/m medido

 

 

 

 

Exp. 3. Ondas estacionarias en un tubo relleno de gas

 

Objetivo: Utilizar las ondas estacionarias generadas en el tubo para medir la velocidad del sonido en el gas.

 

Materiales:

 

 

Descripción de la experiencia:

Esta experiencia consiste en llenar un tubo de aproximadamente 2 metros de largo por 10 cm de sección con gas butano, por medio de una garrafa como se muestra en la figura. El tubo tiene una serie de orificios equiespaciados (5 cm aprox.) a lo largo por donde se permite salir al gas. Con un encendedor se enciende este gran mechero. En el extremo opuesto a la entrada de gas, el tubo tiene un parlante, el cuál es excitado con una señal sinusoidal generada con un generador de funciones. El sonido modula el gas del interior y para frecuencias (f) adecuadas se producirán ondas estacionarias. Midiendo la distancia D, entre nodos o crestas se puede calcular c.

Calcule la velocidad de propagación utilizando las siguientes ecuaciones:

y