Electromagnetisme |
Moviment de les Forces sobre les càrregues Àtom de Bohr
Separació de llavors Accelerador lineal Mesura de la relació càrrega/massa Mesura de la unitat L'espectròmetre de masses El ciclotró Camps elèctric i |
Descripció | |
DescripcióL'oscil·loscopi és un instrument molt corrent en el laboratori de Física, d'Electricitat i d'Electrónica. Té forma cònica amb un coll tubular en el qual va muntat el canó d'electrons. Descriurem les seues diferents parts:
El canó electrònicEls electrons són emesos per un càtode d'escalfament que té forma de cilindre, tancat per un extrem mitjançant una plaqueta. Aqeusta placa està recoberta per òxids de bari i estronci que emeten un feix d'electrons d'alta densitat. El càtode s'escalfa mitjançant un element calefactor en forma de hèlix que està contingut en el cilindre. A continuació, i molt pròxim al càtode, ve la reixa de control que té un orifici més petit que la superfície emissora. Una segona reixa de control accelera els electrons que han passat a través de la primera reixa. L'element següent dins del tub és l'anomenat ànode d'enfocament, que té forma cilíndrica amb diversos orificis. Finalment, tenim l'ànode accelerador.
L'ànode accelerador A2 està fixat a un potencial de diversos milers de volts respecte al càtode. El primer ànode d'enfocament, A1, funciona a un potencial VC que és aproximadament la quarta part de A2, VC+VB. La segona reixa R2 està connectada internament a A2. Si variem els potencials VB i VC podem canviar l'energia del feix d'electrons. La reixa de control R1 és sempre negativa respecte al potencial del càtode C. La densitat del feix d'electrons i, per tant, la intensitat de la imatge sobre la pantalla, es pot variar canviant aquesta diferència de potencial, que rep el nom de tensió de polarització. Normalment, la reixa de control R1 funciona a un potencial de 20 volts negatius respecte del cátode. El tub de raigs catòdics té dos parells de plaques deflectores que desvien el feix en dues direccions mutuament perpendiculars. Les plaques no són completament paral·leles sinó que s'eixamplen per a aconseguir angles gran de desviació, i evitar que el feix d'electrons xoque contra les vores de les plaques. La diferència de potencial entre les plaques deflectores sol ser de 0 a 45 volts. La pantallaLa pantalla del tub de raigs catòdics està recoberta internament amb una substància fosforosa que fa centelleigs visiblement quan n'incideix un feix d'electrons. S'anomena luminiscència a una propietat radiativa dels sòlids. La substància brilla quan s'il·lumina amb llum de longitud d'ona apropiada o s'excita per algun altre mitjà com ara el xoc amb un feix d'electrons.
|
| Quan es lleva un electró de la banda
de valència a la banda de conducció deixa un buit en la
banda de valència. En una xarxa perfectament pura i regular, l'electró
regressa a la banda de valència.
Si la xarxa té impureses que introduisquen nivells d'energia en la regió prohibida, un electró que ocupe un nivell d'impuresa baix pot omplir el buit en la banda de valència, mentre que l'electró en la banda de conducció pot caure a algun dels nivells d'impuresa propers a aquesta banda. Quan l'electró passa d'un nivell d'impuresa proper a la banda de conducció a un nivell d'impuresa d'energia baixa, emet una radiació que s'anomena luminiscència. L'electró situat en la banda de conducció pot caure en una trampa, des de la qual està prohibida una transició al nivell fonamental d'impuresa. Al cap d'un temps l'electró pot regressar a la banda de conducció, i després passa a un nivell d'impuresa proper a la banda de conducció i, tot seguir, al nivell fonamental d'impuresa. Degut al temps emprat en aquest procés, que poden ser uns quants segons, el procés s'anomena fosforescència. Les substàncies que es comporten d'aquesta manera, com ara el sulfur de zinc, s'usen en les pantalles dels tubs de raigs catòdics, televisió, etc. Quan el feix d'electrones xoca contra el material de la pantalla, altres electrons són expulsats del fòsfor. Aquestos electrons lliures s'anomenen electrons secundaris i són arreplegats per un recobriment de grafit en pols que s'aplica a la superfície interna del tub. El grafit és conductor de l'electricitat i du els electrons al terminal positiu de la font d'alimentació.
Fonaments físicsEl moviment de l'electró es fa en tres etapes:
Moviment en el canó accelerador
La velocitat dels electrons quan arriben a les plaques deflectores després d'haver-se accelerats pel canó d'electrons és
Moviment entre les plaques del condensador Entre les plaques deflectores l'electró experimenta una força constant, F = q·E, on E és el camp elèctric en l'espai comprés entre les dues plaques. Utilitzem les equacions del moviment curvilini sota acceleració constant
Si L és la longitud del condensador, la desviació vertical y del feix d'electrons a l'eixida de les plaques serà
Moviment fora de les plaques Una vegada el feix d'electrons abandona la regió deflectora segueix un moviment rectilini uniforme, una línia recta tangent a la trajectòria en el punt x = L en el qual el feix va abandonar la regió esmentada. La desviació total del feix en la pantalla situada a una distància D del condensador és
L'angle de desviació augmenta amb la longitud L de les plaques, amb la diferencia de potencial Vd (o el camp E) entre les plaques. Augmenta, també, si disminueix el potencial accelerador V, o la velocitat v0 dels electrons, cosa que els permet estar més temps dins del camp deflector.
ActivitatsS'introdueix:
Exemple S'introdueixen les dades següents:
Si la diferència de potencial entre el càtode i l'ànode del canó accelerador és 2000 V, la velocitat dels electrons en arribar a les plaques deflectores és
Al llarg de l'eix horitzontal la velocitat dels electrons és constant. El temps que tarda en recórrer els 4 cm que mesuren les plaques és 0.04 = vx·t. La desviació a l'eixida de les plaques és
Les components de la velocitat en aquesta posició són vx = 2.65·107 m/s, i vy = 3.98·106 m/s. El vector velocitat s'haurà desviat de la direcció inicial horitzontal un angle tanq = vy/vx. A continuació, els electrons segueixen una trajectòria rectilínia al llarg d'una distància horitzontal de 12 cm fins a arribar a la pantalla. La desviació total és y = 0.003 + 0.12·tanq = 0.021 m = 2.1 cm.
|
L'oscil·loscopi
