Fuerza magnética sobre una corriente y sobre partículas cargadas
FísicaCampos eléctricos y magnéticosEdades 17–18
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Modo conductor: un tramo de conductor de longitud l por el que circula una corriente I está en un campo magnético uniforme B formando un ángulo α; la fuerza magnética F = BIl·sinα se determina con la regla de la mano izquierda: arrastra para girar el conductor y observa cómo cambia F. Modo partícula: una partícula cargada (protón o electrón) entra perpendicularmente en el campo magnético; la fuerza de Lorentz f = |q|vB la hace moverse en una circunferencia de radio r = mv/(|q|B) con período T = 2πm/(|q|B). Tres modos más: un selector de velocidades con campos cruzados, donde solo las partículas con v = E/B pasan sin desviarse; un tubo de haz filiforme, donde el radio de la circunferencia de los electrones da e/m = 2U/(B²r²); y dos conductores paralelos que se atraen o se repelen con F/l = μ₀I₁I₂/(2πd).
Lección: Fuerza magnética sobre un conductor con corriente; la fuerza de Lorentz y el movimiento de una partícula cargada en un campo magnético
Qué muestra
Un campo magnético ejerce una fuerza sobre las cargas en movimiento. Un conductor de longitud l con corriente I en un campo B sufre F = BIl·senα, y una partícula cargada sufre la fuerza de Lorentz qvB, siempre perpendicular a su velocidad, por lo que describe una circunferencia de radio r = mv/(|q|B). Con campos eléctrico y magnético cruzados, las fuerzas qE y qvB solo se anulan si v = E/B: es el principio del selector de velocidades. En un tubo de haz filiforme, los electrones acelerados por una tensión U giran en un campo conocido y el radio da e/m = 2U/(B²r²). Dos corrientes paralelas se atraen o se repelen con F/l = μ₀I₁I₂/(2πd).
Cómo usarla
Elige un Modo. Con el conductor y la partícula, mueve el control de B, arrastra el extremo del conductor o cambia entre protón y electrón. En Selector de velocidades, ajusta Campo eléctrico E y B hasta que la partícula destacada atraviese la rendija. En Tubo de haz filiforme, cambia Tensión de aceleración U y Corriente de las bobinas I, haz coincidir el haz con una marca, pulsa Registrar y calcula e/m. En Conductores paralelos, varía Corriente I₁, Corriente I₂ y Distancia d. La vista 3D muestra cada montaje.
Parámetros que puedes cambiar
- Modo Conductor con corriente, Partícula cargada, Selector de velocidades, Tubo de haz filiforme (e/m), Conductores paralelos
- Inducción magnética B 0,1–2 T
- Intensidad de corriente I 0–10 A
- Longitud del conductor l 0,1–1 m
- Ángulo α entre el conductor y B 0–90 °
- Velocidad de la partícula v 1–10 ×10⁵ m/s
- Campo eléctrico E (selector de velocidades) 10–1000 kV/m
- Tensión de aceleración U (tubo de haz) 100–500 V
- Corriente de las bobinas I (tubo de haz) 0,5–3 A
- Corriente I₂ en el segundo conductor -10–10 A
- Distancia entre los conductores d 1–100 cm
Preguntas para explorar
- ¿Por qué la fuerza de Lorentz nunca cambia la rapidez de la partícula?
- Si se duplica B, ¿cómo cambia el radio de la trayectoria circular del protón?
- ¿Cómo debe colocarse el conductor en el campo para que la fuerza magnética sobre él sea nula?
