Você monta um dispositivo para reproduzir a experiência de e/m de Thomson com um potencial acelerador igual a 150 V e um campo elétrico com módulo igual a
.
Com esse campo magnético, o que ocorreria com o feixe de elétrons se você aumentasse o potencial acelerador para um valor superior a 150 V ?
Com esse campo magnético, o que ocorreria com o feixe de elétrons se você aumentasse o potencial acelerador para um valor superior a 150 V ?
Passo 1
Então, vamos lá! A gente tem um experimento inspirado no método de Thomson para medir a relação carga/massa dos elétrons. Nesse setup, usamos um potencial acelerador de 150 V e um campo elétrico de intensidade
. A pergunta é: se a gente aumentar esse potencial acelerador para mais de 150 V, o que vai acontecer com o feixe de elétrons no campo magnético existente?
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que faz o potencial acelerador. Quando aplicamos um potencial elétrico
aos elétrons, eles ganham energia cinética. A energia fornecida pelo potencial é dada por:
onde
é a carga do elétron (
C) e
é o potencial em volts. Isso faz com que os elétrons acelerem e ganhem velocidade.
Passo 3
Agora, vamos olhar para o campo magnético. Quando partículas carregadas se movem em um campo magnético
, elas sofrem uma força magnética
que é perpendicular à direção do movimento e do campo, dada por:
onde
é a velocidade dos elétrons.
Passo 4
No experimento de Thomson, para que o feixe de elétrons siga em linha reta, a força elétrica
e a força magnética
devem se equilibrar. A força elétrica é:
Para que
, temos:
Isso nos mostra que a velocidade dos elétrons depende da relação entre o campo elétrico e o campo magnético.
Passo 5
Se aumentarmos o potencial acelerador acima de 150 V, os elétrons ganharão mais energia e, consequentemente, mais velocidade. Porém, se o campo magnético
permanecer o mesmo, a nova velocidade
será maior que a inicial:
Como
não mudou, a força magnética agora será:
Isso significa que a força magnética será maior que a força elétrica, causando uma deflexão no feixe de elétrons. O feixe não continuará reto; ele vai se curvar devido ao excesso de força magnética.
Resposta
Ao aumentar o potencial acelerador para um valor superior a 150 V, mantendo o campo magnético constante, o feixe de elétrons será defletido, ou seja, curvará sua trajetória devido ao aumento da velocidade dos elétrons.
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