Fundamentos Esenciales del Electromagnetismo: Leyes, Materiales y Aceleradores de Partículas

Fundamentos de Electromagnetismo y Dispositivos

Leyes Fundamentales del Electromagnetismo

Ley de Coulomb

Dos cargas eléctricas sufren una fuerza entre ellas que es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Teorema de Gauss

El flujo del campo eléctrico a través de cualquier superficie cerrada es directamente proporcional a la cantidad neta de carga que hay dentro de la superficie.

Ley de Ampère

La circulación del campo magnético a lo largo de cualquier curva cerrada es igual al producto de μ₀ (permeabilidad magnética del vacío) por la intensidad de corriente neta que atraviesa la superficie (emitida por C).

Conceptos de Campo

Campo Eléctrico Uniforme

Un campo eléctrico es uniforme en una región cuando el vector E tiene el mismo módulo, dirección y sentido en todos los puntos de la región.

Clasificación de Materiales Magnéticos

Los materiales se clasifican según su respuesta ante un campo magnético externo:

• Ferromagnéticos (Fe, Ni): Al aplicar un campo magnético externo, los campos internos se alinean fuertemente en la misma dirección y sentido que el campo externo.
  • Duros: La imantación permanece cuando eliminamos el campo magnético externo.
  • Blandos: La imantación desaparece cuando eliminamos el campo magnético externo.
• Paramagnéticos (Ti, Al): Ante un campo magnético externo, se produce una alineación parecida a la de los campos internos del material en el mismo sentido que el campo externo.
• Diamagnéticos (H₂O): Ante un campo magnético externo, se produce una alineación parcial de los campos internos en la dirección del campo, pero en sentido contrario.

Dispositivos de Medición y Aceleración

Selector de Velocidad

Dispositivo que genera campos eléctrico y magnético uniformes y ortogonales entre sí. Se inyectan partículas con diferentes velocidades en la dirección perpendicular a ambos campos.

Espectrómetro de Masas

Compara la relación masa/carga de diferentes partículas cargadas.

Aceleradores de Partículas

Dispositivo que utiliza campos electromagnéticos para impulsar partículas cargadas hasta altas velocidades con trayectorias bien definidas.

Tipos de Aceleradores

• Acelerador Lineal: Actúan como la jaula de Faraday, es decir, las cargas se disponen en la corteza.
• Ciclotrón: Su funcionamiento es similar al lineal. Es un sistema de placas semicirculares con campos eléctricos que van alternando su polaridad.
• Sincrotrón: Misma idea que el ciclotrón. La frecuencia de la órbita, la frecuencia del voltaje alterno y el incremento de campo magnético han de estar sincronizados.