Aplicaciones de Campos Magnéticos en Física: Desde Selectores de Velocidades hasta el Efecto Hall

Selector de Velocidades

El selector de velocidades se basa en hacer incidir una partícula a una velocidad constante a través de un campo magnético y otro eléctrico. Este recinto, donde se localiza el campo, está cerrado a excepción de una entrada y una salida. El funcionamiento se fundamenta en que la partícula experimenta dos fuerzas debido a dichos campos. Estas fuerzas tienen la misma dirección, pero sentidos opuestos, de modo que la partícula se desviará solo si una de ellas es más intensa que la otra. Si ambos campos son uniformes, solo la fuerza inducida por el campo magnético variará en función de la velocidad y, por lo tanto, la desviación de la partícula vendrá dada por la velocidad a la que entre. Una vez ajustada la velocidad a la que queremos que salgan del selector, aquellas partículas que difieran de esta velocidad serán desviadas por el campo magnético y no pasarán por la salida, quedando encerradas en el recinto.

Espectrógrafo de Masas

El espectrómetro de masas es un instrumento que permite analizar con gran precisión la composición de diferentes elementos químicos e isótopos atómicos, separando los núcleos atómicos en función de su relación masa-carga (m/q). Puede utilizarse para identificar los diferentes elementos químicos que forman un compuesto, o para determinar el contenido isotópico de diferentes elementos en un mismo compuesto, dado que estos tienen las mismas propiedades químicas y, por lo tanto, necesitamos separarlos por propiedades físicas, en este caso, la masa.

El espectrómetro de masas consiste en un horno donde se aplica calor hasta que las partículas se ionizan. A continuación, estas partículas pasan a un selector de velocidades donde se determina una misma velocidad para todas ellas (veremos su funcionamiento más adelante) y, finalmente, se lanzan a esta velocidad constante hacia un campo magnético perpendicular, donde, por deflexión magnética, las partículas van a parar a otro punto que dista 2r del lugar de origen. Conocido este radio, podemos averiguar la masa de cada partícula y, por lo tanto, la composición de un isótopo.

Sincrotrón

Es un tipo particular de acelerador de partículas circular en el que el campo magnético (que hace que las partículas giren) y el campo eléctrico (que acelera las partículas) están sincronizados de forma precisa con el haz de partículas en movimiento.

En el sincrotrón se varían ambos campos, incrementándolos apropiadamente a medida que las partículas ganan energía, para hacer que el radio de su trayectoria se mantenga constante a medida que las partículas son aceleradas.

Para bombardear núcleos atómicos se utilizan partículas de alta energía, así se producen reacciones nucleares que se estudian con el objetivo de obtener información sobre el núcleo. Se utilizan también protones o deuterones de alta energía para producir materiales radiactivos y con finalidades médicas.

Corrientes de Foucault

Se producen cuando un conductor atraviesa un campo magnético variable, o viceversa. El movimiento relativo causa una circulación de electrones, o corriente inducida, dentro del conductor. Estas corrientes circulares de Foucault crean electroimanes con campos magnéticos que se oponen al efecto del campo magnético aplicado. Cuanto más fuerte sea el campo magnético aplicado, o mayor la conductividad del conductor, o mayor la velocidad relativa de movimiento, mayores serán las corrientes de Foucault y los campos opositores generados.

Efecto Hall

Como hemos visto, cuando las cargas se mueven en un campo magnético experimentan una fuerza perpendicular a su movimiento. Por lo tanto, si estas cargas se desplazan en un alambre conductor, serán impulsadas hacia un lado del alambre. Debido a esto, se produce una separación de carga en el alambre denominada efecto Hall. Este fenómeno nos permite determinar el signo de la carga en un portador y el número de portadores n por unidad de volumen del conductor. El efecto Hall también nos proporciona un método adecuado para medir campos magnéticos.