Fuerzas sobre las cargas

Movimiento en un campo eléctrico

Una partícula cargada que está en una región donde hay un campo eléctrico, experimenta una fuerza igual al producto de su carga por la intensidad del campo eléctrico Fe=q·E.

  • Si la carga es positiva, experimenta una fuerza en el sentido del campo
  • Si la carga es negativa, experimenta una fuerza en sentido contrario al campo

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Si el campo es uniforme, la fuerza es constante y también lo es, la aceleración. Aplicando las ecuaciones del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, obtenemos la velocidad de la partícula en cualquier instante o después de haberse desplazado una determinada distancia

De forma alternativa, podemos aplicar el principio de conservación de la energía, ya que el campo eléctrico es conservativo

La energía potencial q(V'-V) se transforma en energía cinética. Siendo V'-V la diferencia de potencial existente entre dos puntos distantes x. En un campo eléctrico uniforme V'-V=Ex.

El generador de Van de Graaff se emplea para acelerar partículas. En el terminal esférico del generador se producen iones positivos que son acelerados a lo largo de un tubo en el que se ha hecho el vacío, por la diferencia de potencial existente entre la esfera cargada y tierra.

 

Movimiento en un campo magnético

Una partícula que se mueve en un campo magnético experimenta una fuerza Fm=q·v´B. El resultado de un producto vectorial es un vector de

  • módulo igual al producto de los módulos por el seno del ángulo comprendido qvB senq
  • dirección perpendicular al plano formado por los vectores velocidad v y campo B.
  • y el sentido se obtiene por la denominada regla del sacacorchos. Si la carga es positiva el sentido es el del producto vectorial v´B, como en la figura izquierda. Si la carga es negativa el sentido de la fuerza es contrario al del producto vectorial v´B, figura de la derecha

 

Actividades

Se pulsa el botón titulado Nuevo, y se genera un número aleatorio comprendido entre 1.0·105 y 6.0·105 m/s que representa la velocidad desconocida v0 de la partícula cargada.

Se introduce

  • La intensidad del campo eléctrico en N/C actuando sobre la barra de desplazamiento titulada Campo eléctrico

  • La intensidad del campo magnético en gauss (10-4 T) actuando sobre la barra de desplazamiento titulada Campo magnético

  • La carga positiva o negativa del ión (una unidad de carga es 1.6·10-19 C) en el control de selección titulado carga

  • La masa de la partícula (una u.m.a. es 1.67·10-27 kg) en el control de selección titulado masa

Se pulsa el botón titulado Empieza 

Ejemplo:

  1. Determinación de la velocidad de la partícula cargada

Datos de la partícula

  • carga q=1.6·10-19 C

  • masa m=1.67·10-27 kg

  • campo eléctrico E=2000 N/C

Observamos que para B=-52 gauss=-52·10-4 T, la partícula no se desvía. Su velocidad es

  1. Suprimimos el campo magnético, la desviación que experimenta la partícula debido a la acción del campo eléctrico al final del condensador es

  1. Suprimimos el campo eléctrico y restauramos el campo magnético B=-52 gauss

El radio de la órbita circular que describe la partícula es

La desviación y de la partícula al salir de las placas del condensador es

25=77.2·senθθ=19º
y=r-r
·cosθ=77.2-77.2·cos19º=4.2 cm

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