Funcionamiento del Selector de Velocidades de Partículas Cargadas

Selector de Velocidades: Principios y Aplicaciones

La fuerza magnética sobre una partícula cargada que se mueve en el interior de un campo magnético uniforme puede equilibrarse por una fuerza electrostática si se escogen adecuadamente los valores y direcciones de los campos magnético y eléctrico.

Configuración del Dispositivo

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 (no incluida en este texto) muestra una región del espacio entre las placas de un condensador donde existen un campo eléctrico y un campo magnético perpendicular (que puede producirse por un imán, como se indica).

Interacción de Fuerzas sobre la Partícula

Consideremos una partícula de carga q que entra en este espacio procedente de la parte inferior. Si q es positiva, la fuerza eléctrica de magnitud qE (donde E es la magnitud del campo eléctrico) está dirigida hacia la derecha y la fuerza magnética de magnitud qvB (donde v es la magnitud de la velocidad y B es la magnitud del campo magnético) está dirigida hacia la izquierda. Si la carga es negativa, ambas fuerzas estarán invertidas.

La fuerza eléctrica es independiente de la velocidad, pero la fuerza magnética sí depende de la velocidad (v) y será mayor cuanto mayor sea v. Habrá una velocidad tal que hará coincidir las dos fuerzas, es decir, qE = qvB.

La Velocidad de Selección

Esa velocidad, conocida como velocidad de selección, será:

v_selector = E / B [unidades SI]

Comportamiento de las Partículas

• Si la carga q viaja a esa velocidad (v = E/B), no sufrirá ninguna desviación y pasará en línea recta a lo largo del aparato.
• Si la velocidad de la partícula es superior a la velocidad de selección (v > E/B), la fuerza magnética será mayor que la eléctrica y la partícula se desviará hacia la izquierda (si es positiva).
• Si la velocidad es inferior a la velocidad de selección (v < E/B), la fuerza magnética será menor que la eléctrica y la carga q positiva se desviará hacia la derecha.

Conclusión y Aplicaciones

La conclusión es: Solo pasarán sin desviarse aquellas partículas cuya velocidad sea v = E/B. Podemos conseguir seleccionar, de entre un grupo de cargas con diferentes velocidades, aquellas que lleven la que deseemos jugando con el cociente E/B para que sea la velocidad deseada. Solo las partículas que lleven esa velocidad, independientemente de su masa o su carga, pasarán sin desviarse y podrán ser recogidas al otro lado del dispositivo para el uso que se les quiera dar.