Expo Electro

Movimiento de partículas
cargada en un campo
magnético

La fuerza magnética que actúa sobre una partícula cargada que se mueve a través de un campo
magnético es siempre perpendicular a la velocidad de la partícula. Por tanto la fuerza magnética
modifica la dirección de la velocidad, pero no su magnitud. Los campos magnéticos no realizan trabajo
sobre las partículas y no modifican su energíacinética.
La acción del campo magnético sobre cargas en movimiento se puede observar usando un 
tubo de rayos catódicos y un imán. Si el tubo encierra una pantalla fluorescente donde se muestre la
trayectoria de los electrones que emite el cátodo, al acercarle un imán se observa la desviación de los
rayos electrónicos. Tal como predice la ley de la fuerza de Lorentz, dicha desviación es máxima cuandola
velocidad de los electrones es perpendicular al campo magnético del imán, menor al ir disminuyendo el
ángulo que forma la velocidad de los electrones con dicho campo magnético, y nula cuando el haz
electrónico es paralelo al campo magnético.
 
Como la fuerza magnética es perpendicular a la velocidad, el movimiento de una carga sometida
únicamente a un campo magnético uniforme sólo tieneaceleración normal. En consecuencia, la
trayectoria seguida por la partícula es circular cuando su velocidad v y el campo magnético B son
perpendiculares. En este caso, el módulo de la fuerza que se ejerce sobre la carga es F m = qvB. Al ser la
única fuerza, se cumple la relación:



Por tanto, el radio de la trayectoria circular depende de la masa y de la carga mediante la
expresión:



Para finesprácticos, esta expresión es muy útil al mostrar que aplicando un campo magnético
sobre partículas móviles cargadas, se puede conducir su trayectoria (modificando la orientación
del campo y su intensidad).

Un ejemplo en la naturaleza de movimiento de partículas cargadas, cuya trayectoria es afectada por un
campo magnético es la aurora polar. Es un fenómeno en forma de brillo o luminiscencia que seobserva
en el cielo nocturno, casi siempre en zonas polares. En el hemisferio norte se conoce como aurora boreal
(el nombre procede de Aurora, diosa romana del amanecer, y de la palabra griega Bóreas, que significa
norte), y en el hemisferio sur como aurora austral. Se produce cuando una eyección de masa solar,
conformada por partículas cargadas, incide cerca de los polos norte y/o sur del campomagnético
terrestre. Cuando esas partículas chocan con los átomos y moléculas de oxígeno y nitrógeno, que
constituyen los componentes más abundantes del aire, parte de la energía de la colisión 
excita esos átomos, que cuando se des-excitan, devuelven esa energía en forma de luz visible de varios
colores.

En este caso, la velocidad de las partículas cargadas, v, forma un ángulo diferente de 90ºcon el
campo magnético terrestre, B, por lo que se ha de considerar una componente de dicha velocidad
perpendicular al campo y otra paralela a él. La trayectoria resultante es helicoidal (composición de
una trayectoria circular y un avance lineal), un helicoide que siguen las partículas rodeando las
líneas del campo magnético terrestre, tal como se indica en el dibujo adjunto.
Además de la Tierra,otros planetas del Sistema Solar, como Júpiter y Saturno (poseen campos
magnéticos más fuertes que la Tierra), también muestran amplios cinturones de radiación. Las
auroras han sido observadas en ambos planetas, con el telescopio Hubble.

Aplicaciones del movimiento de partículas cargadas en un campo magnético
Se considerará que la partícula se moverá con una velocidad v en presencia de amboscampos, el eléctrico E y magnético B. Por ello, la partícula experimentara dos fuerzas, una
fuerza eléctrica qE y una fuerza magnética qv x B, por lo que la fuerza total sobre la partícula estará dada por F = qE + qv x B
La fuerza descrita por la ecuación se conoce como la fuerza de lorentz.

Selector de velocidad
El selector de velocidades es una región en la que existen un campo eléctrico y un...