Electromagnetismo

Elaboró: Rodolfo F. Estrada Guerrero, Enrique Sánchez y Aguilera. Dpto Ciencias área Física UIA Santa Fe Cd. De México, 2002.

MOVIMIENTO DE CARGAS ELECTRICAS DENTRO DE UN CAMPO MAGNETICO. OBJETIVOS. *Identificar que cuando una carga eléctrica se acelera emite radiación electromagnética (luz). *Identificar la interacción de las cargas eléctricas con un campo magnético. *Describir elcomportamiento de las cargas eléctricas que se mueven dentro de un campo magnético. *Determinar el valor de la relación entre la carga y la masa del electrón (q/m). INTRODUCCION. En la electrostática se enseña que toda carga eléctrica está rodeada por un campó eléctrico. Si esta carga se pone en movimiento genera alrededor de ella un campo magnético, el campo magnético que genera una carga en movimiento sedebe a la distorsión que sufre el campo eléctrico cuando la carga está en movimiento, si la carga no se mueve no se produce un campo magnético. Albert Einstein en 1905 explicó este fenómeno en la teoría especial de la relatividad en donde demostró que el campo magnético es una consecuencia relativista del campo eléctrico. En un imán el campo magnético es producido por los electrones que se muevenalrededor del núcleo atómico, el electrón también tiene movimiento rotacional al rededor de su eje, esto también es una corriente eléctrica (carga en movimiento) por lo que también produce un campo magnético. El magnetismo en materiales como el hierro, níquel y cobalto los campos magnéticos que producen los átomos no se anulan totalmente por lo que estos materiales poseen magnetismo natural. Unapartícula que tiene carga eléctrica y está en reposo no siente la presencia de un campo magnético externo debido a que, por estar en reposo, no produce un campo magnético que interactúe con el campo magnético externo. Si la partícula se pone en movimiento produce un campo magnético que interactúa con el campo magnético externo y siente una fuerza debida a esta interacción. Esta fuerza magnéticaalcanza su intensidad máxima cuando la partícula cargada se mueve en dirección perpendicular a las líneas del campo magnético y se anula cuando la partícula viaja en dirección paralela a las líneas del campo magnético. La fuerza magnética que siente una carga q que se mueve con una velocidad v dentro de un campo magnético B es. F = qv X B 1

Esta fuerza desvía a la partícula y la hace seguir unatrayectoria circular de radio r. Por la segunda ley de Newton sabemos que F = ma, por lo que si se sustituye la magnitud de la fuerza en la ecuación 1 y suponemos que la velocidad de la partícula es perpendicular al campo magnético se obtiene. ma = qvB 2

1

v2 , esta r aceleración se sustituye en la ecuación 2 y se reordenan los términos para obtener la relación entre la carga y la masa de lapartícula. Como la trayectoria que sigue la partícula es circular, la aceleración está dada por a = q v = m rB 3

La ecuación 3 se conoce como la relación carga-masa del electrón de Thomson en honor al investigador J.J. Thomson quien la encontró por primera vez en 1897. MATERIAL. Para esta práctica necesitas el siguiente material: e Aparato experimental . m Fuente de voltaje de 6.3 v. Fuente devoltaje de 9 v. Multímetro. Fuente de alto voltaje 300 v. ACTIVIDAD 1. e Describe el aparato experimental . m

2

Verifica que todas las fuentes esten apagadas, has las conexiones como se indica en el siguiente diagrama.

Bobinas para generar el campo magnético

Cañón de electrones

MultiMetro _ + Fuente 9v +
_ Helmholtz bobina corrien- foco te medi- Voltaje placa electrodo calenciónacel. Deflec. tador

Fuente 6.3 v + _ fuente alto voltaje 0-500 v +
_

+ _

+ _

+ -

+ -

+ -

Figura 1. Conexiones del aparato de la relación carga-masa. Verifica que el multímetro esté en la escala de medición más grande (300 v), observa que tanto las placas deflectoras como los electrodos se deben conectar a la fuente de alto voltaje (0-500 v). Enciende la fuente de 6.3 v que...