Aplicaciones de la ley de lorentz

I.E.S. JOSÉ PLANES
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Departamento de Física y Química José Frutos Lorca Web : www.jfrutosl.es email: jfrutosl@gmail.com

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Aplicaciones de la fuerza de Lorentz
Selector de velocidades La fuerza magnética sobre una partícula cargada que se mueve en el interior un campo magnético uniforme puede equilibrarse por una fuerza electrostática si seescogen adecuadamente los valores y direcciones de los campos magnético y eléctrico. Puesto que la fuerza eléctrica tiene la dirección del campo eléctrico (en el caso de partículas positivas ) y la fuerza magnética es perpendicular al campo magnético, los campos eléctrico y magnético deben ser perpendiculares entre sí, para que se contrarresten estas fuerzas. La figura muestra una región del espacioentre las placas de un condensador en el cual existe un campo eléctrico y un campo magnético perpendicular (que puede producirse por un imán indicado ). Una disposición de campos perpendiculares como ésta se denomina campos cruzados. Consideremos una partícula de carga q que entra en este espacio procedente de la izquierda. Si q es positiva, la fuerza eléctrica de magnitud qE está dirigida haciaabajo y la fuerza magnética de magnitud qvB está dirigida hacia arriba. Si la carga es negativa, estarán invertidas ambas fuerzas. Las dos fuerzas se equilibrarán si qE=qvB, o sea, v=E/B Para determinadas magnitudes de los campos eléctrico y magnético, las fuerzas se equilibrarán sólo para partículas cuya velocidad sea la dada por la ecuación anterior . Cualquier partícula con esta velocidad,independientemente de su masa o carga, atravesará el espacio sin desviarse. Una partícula de velocidad mayor se desviará en el sentido de la fuerza magnética y otra de velocidad menor se desviará en el sentido de la fuerza eléctrica. Un dispositivo de campos de esta forma se denomina por ello, selector de velocidades. Ejercicio de aplicación Un protón se mueve en la dirección x en una región de camposcruzado donde E =2 10 5 k N / C y B=3OOO j Gauss (1 Tesla = 10 4 Gauss ). a-) ¿Cuál es la velocidad del protón si no se desvía? b-) Si el protón se mueve con una velocidad doble anterior, en qué dirección se desviará?

Física 2º B.C.

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Medida de Thomson del cociente q/m para electrones Un ejemplo del uso de un selector de velocidades es el famoso experimento de J.J. Thomson en 1897, en el cual demostró que los rayos de los tubos de rayos catódicos podían desviarse mediante campos eléctrico y magnético y, por consiguiente, se componían de partículas cargadas.Observando la desviación de rayos con diversas combinaciones de campos eléctrico y magnético, Thomson pudo demostrar que todas las partículas tenían la misma relación carga masa q / m y determinar este cociente. Demostró que las partículas con esta razón carga a masa pueden obtenerse utilizando un material cualquiera como cátodo que significa que estas partículas, ahora denominadas electrones, son unconstituyente fundamental de toda materia. La figura muestra un diagrama esquemático del tubo de rayos catódicos utilizado por Thomson. Los electrones son emitidos por el cátodo C, que esta a un potencial negativo respecto a las rendijas A y B. Existe un campo eléctrico en la dirección que va desde A hasta C que acelera a los electrones. Estos pasan a través de las rendijas A y B hacia el interiorde una región libre de campo .Luego se encuentran con un campo eléctrico entra las placas D y F que es perpendicular a la velocidad de los electrones. La aceleración producida por este campo eléctrico da a los electrones un componente vertical de la

velocidad al abandonar la región situada entre las placas. A continuación inciden en la pantalla fosforescente situada en el extremo del tubo en...