Lorentz
26 Mar, 2013
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PDFDeflexion of e-
PRESENTATION: When a charge in movement is introduced in a space region where there exists a magnetic field, it experiments a force that is perpendicular to its trajectory.
- F = qv×B:v is with Respect to What?, Kent W. Scheller and Thomas J. Pickett, Phys. Teach. 51, 169 (2013)
- A different twist on the Lorentz force and Faraday’s law, Bill Layton and Martin Simon, Phys. Teach. 36, 474 (1998)
- On the velocity in the Lorentz force law, A. K. T. Assis and F. M. Peixoto, Phys. Teach. 30, 480 (1992)
INTRODUCTION: a beam of cathode rays is a current of electrons in a vacuum tube and as the electrons have charge, we will be able to easily deviate that beam applying a magnetic field. The magnetic force (Fm) that a charge q moving at a speed v in a uniform magnetic field B feels is, according to Lorentz:
Fm = q (v x B)
The charge of an electron is very low, so to really appreciate a true change of direction of the vector v we will need a quite powerful magnet.
OBJECTIVE: To observe the movement of a beam of electrons under the action of a magnetic field.
MATERIALS: TV or PC tube monitor, powerful magnet.
SETUP: This project almost does not require special preparation. An old television set with a cathode ray tube is switched on and a magnet is passed over the screen. An old cathode ray tube would do exactly the same, but it is more difficult to find.
EXPLANATION: When a magnetic field is approached to the surface of the cathode ray tube, the beam of electrons is deviated perpendicularly to the speed and to the magnetic field according to the formula Fm = q (v x B).
In practice, the television deflects the beams in such a way that the image is created on the screen. When a magnet is passed over the screen what we do is vary the correct proportion of the electrons and to make the image to be seen distorted or twisted.
CONCEPTS: deflection, cathode ray tube, cathode rays, electrons, Lorentz’s magnetic field.
MORE INFORMATION:
- MAGNETIC MATERIALS
- WIKIPEDIA 1
- WIKIPEDIA 2
- YOUTUBE 1
- YOUTUBE 2
- YOUTUBE 3
- YOUTUBE 4
- INTERACTIVE COURSE
TEXTS:
- R. Serway, Física, Mac Graw Hill, 2010.
- P. Tipler, Física para la Ciencia y la tecnología, Reverté, 2012.
- R. Ehrlich, Turning the World Inside Out and 174 Other Simple Physics Demonstrations, Princeton University Press, 1997.
STUDENTS 2011-2012: Alejandro Cangas, Gabriel Carballido, Guido Cerqueira, Alejandra Dubra
LINK pdf STUDENTS (In Spanish):
5 responses to "Lorentz"
Cando a corrente eléctrica ou cargas eléctricas circulan por fíos condutores crean no seu arredor grandes campos magnéticos. Se estes campos están próximos a campos magnéticos de imáns, vanse a crear unhas forzas de atracción ou repulsión, é o que se coñece como a forza de Lorentz.
A seguinte montaxe demostra este efecto de repulsión e atracción entre campos magnéticos dependendo da dirección do imán e da circulación da corrente nun circuíto.
La televisión de tubo creo que sería genial poderla llevar a clase, porque los alumnos de la ESO de hoy en día ni saben que existían esas televisiones. Sería ideal para explicarles como funcionan las antiguas televisiones y comprarlas con el funcionamiento de las modernas LED. El efecto con el imán es muy visual, así que creo que les gustará mucho a los alumnos observarlo. Y pueden comprender mejor el hecho de que funcione con un haz de electrones y que estos al tener carga se ven atraídos por el campo magnético. No es un experimento tan barato como otros aquí expuestos pero creo que en los almacenes o por algún lado seguramente el instituto aún tengan una televisión o monitor de tubo que no usen y puedan “donar” para el departamento.
Este experimento es una demostración rápida y sencilla de la fuerza de Lorentz, que es la fuerza que ejerce un campo electromagnético sobre una partícula cargada. Sin embargo, el experimento detallado en el vídeo para observar el desplazamiento de los electrones bajo la acción de un campo magnético fue desarrollado por Joseph John Thomson, un científico británico coetáneo de Lorentz y descubridor del electrón. A través de sus trabajos en tubos de rayos catódicos determinó que el campo magnético aplicado daba a las partículas que pasaban por el tubo (electrones) una componente vertical de la velocidad, lo que generaba que impactasen en la pantalla con un ligero desplazamiento respecto al punto teórico de impacto si no se aplicase el campo magnético. Esto le llevó a concluir que los átomos eran divisibles proponiendo el conocido modelo de pudín de pasas. En este enlace se puede observar esta aplicación de la ley de Lorentz y alguna otra.
Pareceume moi interesante a discusión do artigo F = qv×B:v is with Respect to What? para discutila sempre cos alumnos cando amosemos a lei de Lorentz. Temos que lembrar sempre que a velocidade é a que ten a carga no sistema de referencia inercial que nós decidamos, e non a velocidade con respecto á fonte do campo magnético; este pode ser arbitrario e ten fontes arbitrarias.
Este experimento quizás sea más visual para un aula que el del efecto de un imán sobre un filamento incandescente, pero al mismo tiempo requiere de mayor presupuesto y/o elementos más pesados y voluminosos para llevar al aula. En todo caso, la interferencia del campo magnético sobre cargas eléctricas es visible aun tratándose de algo abstracto cuando se explica sobre los libros y se dibujan las líneas de campo imaginarias. Con el efecto de la fuerza de Lorentz sobre los electrones de un monitor antiguo se ofrece una imagen real al mismo tiempo que se puede comentar que esta es una de las razones por las que no se deben aproximar imanes a los dispositivos electrónicos.