Oscilloscopio didattico Liceo Scientifico “G. Ferraris” di Taranto: Federica Durante, Francesca Fontanella, Roberto Pacifico, Francesca Pantano, Egidio De Salve, Dario Notarnicola, Luca Cardilli

Obiettivo Studiare l’emissione, l’accelerazione e la deflessione di un fascio di elettroni dovuta alla presenza di campi elettrici e magnetici. Strumenti Generatore di tensione Voltmetro (500V) Oscilloscopio Cavi di collegamento Resistenza

3 6 4 2 Elementi dell’oscilloscopio tubo a raggio catodico; 5.anello con tre bobine di deflessione ; catodo incandescente ; 6.schermo fluorescente anodo (disco forato); piastre di deflessione ; 5 3 6 4 2

Procedimento All’interno del tubo catodico, gli elettroni emessi per incandescenza vengono diretti in un fascio (raggi catodici) per mezzo di un’elevata differenza di potenziale elettrico tra catodo ed anodo. Essendo l’anodo forato, il fascio di elettroni non si arresta ma lo oltrepassa e con l’ausilio dei campi magnetici delle bobine contenute nell’oscilloscopio, applicati alle piastre deflettrici opportunamente disposte, esso viene deviato e visualizzato fuori asse sullo schermo fluorescente. + Catodo Anodo Piastre deflettrici _ Schermo

Forza di Lorentz Portando il generatore ad un valore di tensione tale da rendere visibile sullo schermo fluorescente il fascio di elettroni emesso dal catodo, il raggio veniva deflesso dall’azione dei campi magnetici mediante l’azione della forza di Lorentz, che è la forza agente su una carica q che si muove con velocità v in presenza di un campo magnetico B e che risulta essere data dalla formula F = qvxB La direzione è perpendicolare al piano individuato dai vettori v e B, mentre il verso si ottiene mediante la regola della mano destra, tenendo però conto del segno della carica. Per tal motivo, essendo in presenza di elettroni con carica negativa, bisogna considerare il verso opposto alla forza di Lorentz  risultante.

Collegamento con una bobina Collegando solo la bobina di sinistra alla resistenza, il puntino luminoso proiettato sullo schermo era diretto verso il basso, in accordo con la regola della mano destra: infatti essendo il vettore campo magnetico B uscente dalla bobina e diretto verso l’interno e il vettore velocità v del fascio di elettroni rivolto verso di noi, la forza di Lorentz doveva essere un vettore diretto verso l’alto, ma tenendo conto della carica negativa degli elettroni, esso doveva essere diretto in verso opposto, ovvero verso basso. Collegando, invece, solo la bobina di destra, il puntino luminoso andava verso l’alto, anche in questo caso in accordo con quanto calcolato con la regola della mano destra. Collegando, successivamente, sempre alla resistenza solo la bobina posta in alto, il fascio di elettroni era diretto verso sinistra e anche questo comportamento era in linea con quanto previsto dalla regola della mano destra.  

Collegamento con due bobine Collegando contemporaneamente la bobina posta a sinistra e quella posta a destra, il punto luminoso rimaneva invariato e questo perché la risultante dei due vettori visti in precedenza è il vettore nullo. Collegando la bobina di sinistra e quella posta in alto, il punto luminoso era leggermente spostato in basso a sinistra, in accordo con la regola del parallelogramma tra un vettore diretto verso il basso ed uno diretto verso sinistra. Collegando la bobina di destra e quella posta in alto, il punto era di poco spostato in alto a sinistra, sempre in accordo con la regola del parallelogramma tra un vettore diretto verso l’alto ed uno diretto verso sinistra.

Collegamento con tre bobine Collegando tutte e tre le bobine alla resistenza, teoricamente il punto era diretto verso sinistra, in accordo col fatto che il vettore diretto verso l’alto e quello diretto verso il basso si annullano si annullano a vicenda, per cui è come se rimanesse solo la bobina posta in alto; in realtà il punto subiva una minima deflessione dovuta al campo magnetico delle bobine di destra e sinistra.