Lorentz
26 mar, 2013
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PDFDeflexión de e-
PRESENTACIÓN: Cuando una carga en movimiento se introduce en una región del espacio en la que existe un campo magnético experimenta una fuerza perpendicular a su trayectoria.
- 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)
INTRODUCCIÓN: Un haz de rayos catódicos es una corriente de electrones en un tubo de vacío y como los electrones poseen carga, fácilmente podremos desviar ese haz aplicando un campo magnético. La fuerza magnética (Fm) que siente una carga q que se mueve con una velocidad v en un campo magnético uniforme B es, según Lorentz:
Fm = q (v x B)
La carga de un electrón es ínfima, por lo que para apreciar un verdadero cambio en la dirección del vector v necesitaremos un imán bastante potente.
OBJETIVO: Observar el movimiento de un haz de electrones bajo la acción de un campo magnético.
MATERIALES: TV o monitor de PC de tubo, imán potente.
MONTAJE: Este proyecto apenas requiere montaje. Se enciende un televisor antiguo, de tubo de rayos catódicos, y se pasa un imán por la pantalla. Un tubo de rayos catódicos nos valdría exactamente igual pero es más difícil de encontrar.
EXPLICACIÓN: Al acercar un campo magnético a la superficie del tubo de rayos catódicos, el haz de electrones es desviado en dirección perpendicular a la velocidad y al campo magnético según la fórmula Fm = q (v x B).
En la práctica, el televisor deflecta los rayos de forma que la imagen se crea en la pantalla. Al pasar un imán por la pantalla lo que hacemos es variar la correcta proyección de los electrones y que la imagen se vea distorsionada o retorcida.
CONCEPTOS: deflexión, tubo de rayos catódicos, rayos catódicos, electrones, fuerza de Lorentz, campo magnético.
MÁS INFORMACIÓN:
- MATERIALES MAGNETICOS
- WIKIPEDIA 1
- WIKIPEDIA 2
- YOUTUBE 1
- YOUTUBE 2
- YOUTUBE 3
- YOUTUBE 4
- CURSO INTERACTIVO
TEXTOS:
- 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.
ALUMNADO 2011-2012: Alejandro Cangas, Gabriel Carballido, Guido Cerqueira, Alejandra Dubra
ENLACE pdf ALUMNADO:
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.