Elektromagnetismoa

Partikula kargatuen
mugimendua

Kargak jasandako
indarrak

Bohr-en atomoa

Osziloskopioa

Haziak banatzea

Motore ionikoa

Azeleragailu lineala

Karga/masa erlazioa
neurtzea

Oinarrizko karga-
unitatea neurtzea

Masen
espektrometroa

Ziklotroia

E eta B elkarren
perpendikularrak

Oinarri fisikoak

Saiakuntza

Deskripzioa

Osziloskopioa oso tresna arrunta da laborategietan: Fisikan, Elektrizitatean, Elektronikan eta abar. Funtsean elektroien kanioi bat du (izpi katodikoak), hodi itxurako lepoa eta bukaeran kono-forma dauka. Bere atalak aztertuko ditugu:

Osziloskopioak elektroiak jaurtitzeko katodo gori bat du, zilindro formakoa eta alde batetik itxita dagoena xafla batekin. Xaflak bario eta estrontzio-oxidozko estaldurak ditu eta elektroiak jaurtitzen ditu dentsitate altuko sorta gisara. Katodoa berotzeko, helize formako berogailu bat dago zilindroaren barnean.

Jarraian, eta katodotik oso gertu, kontrol-zirrikitua dago, xafla jaurtitzaileak baino zulo txikiagoa du eta elektroi sorta kolimatzen du. Bigarren kontrol-zirrikitu bat ere badago elektroiak azeleratzeko.

Hurrengo elementua hodiaren barruan anodo fokatzailea da, zilindro forma dauka eta zenbait zulotxo. Azkenik, anodo azeleratzailean, elektroiek beharrezkoa duten abiadura atzematen dute.

Anodo azeleratzaileak, A2-k, katodoak, C-k, baino milaka voltako potentzial altuagoa dauka, irudian V_C+V_B. Lehen anodo fokatzaileak, A1-ek, bitarteko potentziala du, V_C , A2 anodo azeleratzailearen laurdena-edo. Bigarren zirrikitua, R2, aldi berean, A2-rekin konektatuta dago. V_B eta V_C potentzialak aldatuz elektroi-sortaren energia kontrola daiteke.

Kontrol-zirrikituak, R1-ek, beti dauka potentzial negatiboa C katodoarekiko. Elektroi-sortaren dentsitatea, eta beraz pantailaren gaineko irudiaren intentsitatea, potentzial-diferentzia hori aldatuz kontrola daiteke, eta horregatik "polarizazio-tentsioa" deritzo. Normalean, R1 kontrol-zirrikituaren potentziala 20 Volta negatibo ingurukoa da katodoarekiko.

Izpi katodikoen hodiaren bukaeran xafla-bikote bi daude elektroi-sorta desbideratu ahal izateko, norabide perpendikular bietan. Xaflak ez dira erabat paraleloak, horren ordez pixka bat irekitzen dira bukaera aldera, izpiak ez dezan xafletan jo desbideratze-angelu handiak erabiltzen direnean. Xafla desbideratzaileen arteko potentzial diferentziak 0 eta ±45 Volta bitartekoak izaten dira.

Osziloskopioaren pantailak barrualdetik sustantzia fosforeszente baten geruza estalgarria dauka, eta elektroi-sortak bertan jotzen duenean distira egiten du.

Solidoen ezaugarri horri luminiszentzia deritzo. Sustantziak distira egiten du nola edo hala kitzikatzen bada, edo uhin-luzera konkretua duen argiaz argiztatzen edo elektroi-sorta batez talkak eraginez, etab.

Sareak ezpurutasunak baditu, eroapen- eta balentzia-banden bitartean beste energia-banda batzuk ere agertzen dira. Elektroi bat ezpurutasun-maila baxu bat betetzen ari bada, balentzia-bandako hutsune batera eror daiteke, eta era berean eroapen-bandako elektroi bat ere goiko ezpurutasun-maila batera eror daiteke. Elektroia ezpurutasunen goiko energia-maila batetik beheko energia-maila batera pasatzen denean erradiazioa emititzen du, eta horixe da luminiszentzia.

Gerta daiteke eroapen-bandako elektroi bat bitarteko ezpurutasun-maila batera erortzea, baina maila horretatik ezinezkoa izatea beheragoko maila batera pasatzea: orduan energia-maila horri tranpa deritzo eta, denbora igaro ondoren, elektroia berriro eroapen-bandara igo daiteke eta hortik berriro beste ezpurutasun-maila ezberdin batera. Azkenean tranpa ez den ezpurutasun-maila batetik behera pasa daiteke.

Prozesu guzti hau betetzeko tardatzen duen denbora luzea izan daiteke, zenbait segundo, eta prozesua fosforeszentzia deitzen da. Jokabide hori duten sustantziak, esate baterako zink-sulfuroa, fosforeszenteak deitzen dira, eta pantailatan asko erabiltzen dira, adibidez telebistatan, izpi katodikoen hodietan eta abar.

Elektroi-sortak pantailako materiala jotzen duenean sustantzia fosforeszentearen elektroi batzuk erauzten dira. Elektroi sekundario horiek aske geratzen dira eta grafito-hautsezko geruza batean jasotzen dira, pantailaren barnealdean estalki gisara emanda dagoena. Grafitoa eroalea da eta erauzitako elektroi sekundario askeak eramaten ditu iturri elektrikoaren terminal positiboraino.

Oinarri fisikoak

Elektroiaren higidura hiru urratsetan gertatzen da:

• Kanioi azeleratzailean
• Xafla desbideratzaileetan
• Pantailarako bidean

Elektroiak Kanioi azeleratzailean

Elektroien abiadura kalkulatzeko xafla desbideraztaileetara iristean, eta beraz kanioi azeleratzailetik irtetean:

Elektroiak xafla desbideratzaileetan

Xafla desbideratzaile bien artean elektroiek indar konstantea jasaten dute, F=qE.  Hemen E xafla bien arteko espazioan dagoen eremu elektrikoa da. Higidura hori aztertzeko, azelerazio konstantedun higidura kurboa planteatzen da:

Xaflen luzera L bada, xafletatik irtetean elektroiek y desbideratze bertikala izango dute:

Pantailarako bidean

Elektroiak xaflen artetik irten ondoren higidura zuzen eta uniformea segitzen dute, alegia x=L puntuko ibilbidearen zuzen tangentea.

Pantailarainoko distantzia D bada, elektroi-sortaren desbideratze totala pantailan jotzean:

Ikus daitekeenez, desbideratze totala handitzen da xaflen L luzerarekin eta xaflen arteko V_d potentzial-diferentziarekin (E-rekin alegia). Gainera, desbideratzea handiagotzen da baita, V potentzial azeleratzailea gutxitzen, alegia elektroiek xaflen artera sartzen direnean daukaten v₀ abiadura gutxitzen, horrela denbora gehiago daudelako bi xaflen artean.

Saiakuntza

Idatzi:

• Xaflen arteko eremu elektrikoa adierazitako laukian (idatzitako zenbakia × 10000 N/C bidertzen da)
• Katodoaren eta kanioi azeleratzailearen arteko V potentzial-diferentzia, potentzial d. laukian eta voltatan.

Adibidea

Idatz bitez esate baterako zenbaki hauek:

• Kanioi azeleratzailearen potentzial d., 2000V
• Xafla desbideratzaileen arteko eremu elektrikoaren intentsitatea:  1.5 · 10000=15000 N/C
• Xafla desbideratzaileen luzera: 4 cm
• Xaflen amaieratik pantailarainoko distantzia: 12 cm

Katodoaren eta kanioi azeleratzailearen anodoaren artean 2000V daudenez, elektroiek xafletara iristean duten abiadura honela kalkulatzen da:

Ardatz horizontalean zehar elektroien abiadura hori konstantea da; xaflen luzera osoa (4cm) betetzeko tardatzen duten denbora kalkulatzeko:

0.04 = v_x · t

Hortaz, xafletatik irtetean elektroien y desbideratzea:

Posizio horretan abiaduraren osagaiak dira: v_x= 2.65·10⁷ m/s, eta  v_y= 3.98·10⁶ m/s.

Beraz une horretan abiadura-bektoreak horizontalarekin osatzen duen angelua kalkulatzeko:   tanq = v_y/v_x

Jarraian, elektroien higidura zuzena eta uniformea da, pantailara iritsi arte, eta 12 cm-ko distantzia horizontalaz:

Desbideratze totala hau da:  

y = 0.003 +0.12·tanq = 0.021 m = 2.1 cm