Question 1

¿Qué es la fuerza de Lorentz y cómo afecta a las cargas en movimiento?

Accepted Answer

La fuerza de Lorentz es la fuerza ejercida por un campo magnético sobre un carga eléctrica en movimiento. Su magnitud se calcula utilizando qVB seno theta, donde q es carga, V es velocidad, B es intensidad del campo magnético y theta es el ángulo entre velocidad y campo. La fuerza es máxima cuando la velocidad y el campo magnético son perpendiculares, y actúa perpendicular a ambos, cambiando la dirección de la carga sin afectar su velocidad.

Question 2

¿Por qué las partículas cargadas siguen una trayectoria circular en un campo magnético?

Accepted Answer

Cuando una partícula cargada se mueve perpendicular a un campo magnético, la fuerza de Lorentz actúa como una fuerza centrípeta, siempre apuntando hacia el centro de la trayectoria. Esta fuerza cambia continuamente la dirección de la partícula mientras mantiene una velocidad constante, haciéndola seguir una trayectoria circular. El radio de esta trayectoria depende de la relación carga-masa de la partícula, la velocidad y la fuerza del campo magnético.

Question 3

¿Cómo utilizó J.J. Thomson un tubo de rayos catódicos para descubrir la carga del electrón?

Accepted Answer

Thomson demostró que los rayos catódicos podían ser desviados por un campo magnético en un tubo evacuado, demostrando que los electrones llevan carga negativa. Mediante midiendo la el ángulo de desviación y aplicando la relación entre la fuerza de Lorentz y la fuerza centrípeta, calculó la relación carga-masa del electrón. Este experimento histórico estableció que los electrones son partículas fundamentales con propiedades eléctricas medibles.

Question 4

¿Qué tres mediciones se necesitan para calcular la relación carga-masa de un electrón?

Accepted Answer

Para determinar la relación carga-masa experimentalmente, necesita el voltaje de aceleración que acelera los electrones, la intensidad del campo magnético aplicada para desviarlos y el radio de la trayectoria circular que siguen los electrones. Estos tres parámetros, combinados con la ecuación de la fuerza de Lorentz y la segunda ley de Newton, permiten el cálculo de la relación carga-masa del electrón a partir de los datos del tubo de rayos catódicos.

Question 5

¿Cómo afecta el aumento del voltaje de aceleración a la deflexión del haz de electrones en un campo magnético?

Accepted Answer

A medida que aumenta el voltaje de aceleración, los electrones viajan más rápido y requieren un campo magnético más fuerte para lograr la misma deflexión. Los electrones que se mueven más rápido experimentan la misma fuerza de Lorentz pero siguen una trayectoria circular más amplia. En consecuencia, la corriente de la bobina debe aumentarse para generar una fuerza de campo magnético suficiente para doblar el haz al mismo punto en la rejilla.

Question 6

¿Cuáles son las aplicaciones prácticas de las partículas cargadas moviéndose en trayectorias circulares a través de campos magnéticos?

Accepted Answer

Los espectrómetros de masas utilizan este principio para identificar componentes desconocidos de muestras mediante la separación de partículas basada en su relación carga-masa y voltaje aplicado. Históricamente, los tubos de rayos catódicos permitieron las pantallas de televisión y monitores de computadora. Los osciloscopios modernos aún emplean tecnología de tubos de rayos catódicos, aunque generalmente utilizan deflexión electrostática en lugar de deflexión magnética para controlar los haces de electrones.

Question 7

¿Cómo determina la regla de la mano derecha la dirección de la fuerza sobre una carga positiva en un campo magnético?

Accepted Answer

La regla de la mano derecha indica la dirección de la fuerza de Lorentz sobre una carga positiva. Coloca el pulgar en la dirección de la velocidad, los dedos en la dirección del campo magnético y la palma hacia la dirección de la fuerza. Los tres vectores permanecen perpendiculares entre sí. Para cargas negativas, la fuerza actúa en la dirección opuesta, razón por la cual invertir la corriente invierte la trayectoria de desviación del haz.

Carga eléctrica en un campo magnético - Cuestionario de evaluación