Tubo Teltron

Un tubo teltron (llamado así por Teltron Inc., que ahora pertenece a 3B Scientific Ltd.) es un tipo de tubo de rayos catódicos utilizado para demostrar las propiedades de los electrones . Teltron fabricó varios tipos diferentes, incluyendo un diodo, un triodo, un tubo de cruz de Malta, un tubo que demostraba la difracción de electrones, un tubo de deflexión simple con una pantalla fluorescente y uno que podía usarse para medir la relación carga-masa de un electrón. ^{[ 1 ]} Los dos últimos contenían un cañón de electrones con placas deflectoras. Los haces pueden desviarse aplicando voltajes a varios electrodos en el tubo o acercando un imán. Los haces de electrones son visibles como finas líneas azuladas. Esto se logra llenando el tubo con gas helio (He) o hidrógeno (H₂ ₎ a baja presión . Algunos de los electrones del haz colisionan con los átomos de helio, lo que provoca que fluorescan y emitan luz.

Suelen utilizarse para enseñar efectos electromagnéticos porque muestran cómo un haz de electrones se ve afectado por campos eléctricos y por campos magnéticos , como la fuerza de Lorentz .

Las partículas cargadas en un campo eléctrico uniforme siguen una trayectoria parabólica , ya que el término del campo eléctrico (de la fuerza de Lorentz que actúa sobre la partícula) es el producto de la carga de la partícula y la magnitud del campo eléctrico (orientado en la dirección del campo eléctrico). En cambio, en un campo magnético uniforme, las partículas cargadas siguen una trayectoria circular debido al producto vectorial en el término del campo magnético de la fuerza de Lorentz. (Es decir, la fuerza del campo magnético actúa sobre la partícula en una dirección perpendicular a la dirección de su movimiento. Véase: Fuerza de Lorentz para más detalles).

El aparato Teltron consta de un tubo de deflexión de electrones tipo Teltron, un soporte Teltron y una fuente de alimentación de alta tensión (0-5000  VCC, variable).

En una ampolla de vidrio al vacío se introduce gas hidrógeno ( _H₂ ), creando una atmósfera de hidrógeno a baja presión de aproximadamente 1 Pa . Esta presión minimiza la desaceleración de los electrones por colisiones (cambio en la energía cinética), y el número de colisiones es reducido, pero suficiente para emitir luz visible. Dentro de la ampolla se encuentra un cañón de electrones , compuesto por una espiral calefactora, un cátodo y un orificio anódico. Desde el cátodo ( - ) se emiten electrones, que son acelerados por el campo eléctrico hacia el ánodo cargado positivamente ( + ). A través de un orificio en el ánodo, los electrones salen del sistema de formación de haces y de los haces de cilindros de Wehnelt .

Cuando se activa el calentador, la bobina calefactora emite electrones por emisión termoiónica . En el campo eléctrico entre el ánodo y el cátodo, este campo actúa sobre los electrones, que se aceleran a gran velocidad, de modo que salen por una pequeña abertura en el ánodo formando un haz de electrones. Solo cuando se activa la corriente en la bobina, una fuerza actúa sobre el haz y cambia su dirección. De lo contrario, conserva su velocidad. Sin embargo, si se activa la corriente en la bobina , la fuerza de Lorentz dirige a los electrones hacia una órbita circular.

Cuanto mayor sea la corriente de la bobina, más fuerte será el campo magnético y, por lo tanto, menor será el radio de la trayectoria circular de los electrones. La intensidad del campo magnético y la fuerza de Lorentz son proporcionales entre sí, de modo que cuando la fuerza de Lorentz aumenta, una mayor fuerza de Lorentz desviará los electrones con mayor fuerza, por lo que la órbita será menor.${\displaystyle F_{L}}$siempre es perpendicular a la dirección instantánea del movimiento y permite una dirección centrípeta.${\displaystyle F_{Z}}$movimiento circular. La magnitud de la velocidad y, por lo tanto, la energía cinética no pueden cambiar:

${\displaystyle {\begin{aligned}F_{L}&=F_{Z}\\evB&=m{\frac {v^{2}}{r}}\end{aligned}}}$

A partir de esto obtenemos la cantidad de carga electrónica específica.

${\displaystyle {\frac {e}{m}}={\frac {v}{Br}}}$

La determinación de la velocidad se realiza utilizando la ley de conservación de la energía.

${\displaystyle eU={\frac {1}{2}}mv^{2}}$

A esto finalmente le sigue

${\displaystyle {\frac {e}{m}}={\frac {2U}{r^{2}B^{2}}}}$

La carga específica del electrón tiene el valor

${\displaystyle {\frac {-e}{m}}\approx -1.7588202\times 10^{11}\,\mathrm {\frac {C}{kg}} }$

Dado que la carga de un electrón se puede obtener del experimento de Millikan , el estudio de los electrones en un campo magnético consiste en la determinación de su masa de acuerdo con:

${\displaystyle \ m={\frac {er^{2}B^{2}}{2U}}\approx 9.1094\times 10^{-31}\,\mathrm {kg} }$

En el espectrómetro de masas se pueden encontrar conceptos similares para la pesada de partículas cargadas .

• https://web.archive.org/web/20160305120024/http://lpc1.clpccd.cc.ca.us:80/lpc/physics/pdf/phys2/eoverm.pdf
• https://web.archive.org/web/20060526081856/http://www.fbise.edu.pk/curr/hsscsyll/Physics.doc
• Física práctica - Tipos de tubos electrónicos
• Fadenstrahlrohr ( LEIFI -Physik)