Movimiento de una partícula cargada en un campo E/M

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Este applet trata de mostrar el movimiento de una partícula cargada en un campo electromagnético de valor constante.

  1. Una partícula, con carga positiva, sale del origen de coordenadas del sistema.
  2. La flecha azul, que tiene su origen en el centro del eje de coordenadas, representa el campo magnético (tiene dirección fija: el eje Y).
  3. La flecha roja, que parte del origen de coordenadas, representa el campo eléctrico.

Pulsando con el botón izquierdo del ratón cuando el puntero está situado en el extremo de la flecha azul y arrastrando manteneniéndolo pulsado podemos variar el valor del campo E (en valor y direción).

La flecha negra en el plano X-Z representa la velocidad de deriva Vd.

  1. Puedes cambiar los valores de las magnitudes de los campos E / B introduciendo nuevos valores en los cuadros de texto de la parte superior del applet .

No olvides pulsar la tecla return-en el teclado-,después de introducir cada nuevo valor

  1. Puedes cambiar las coordenadas de posición del sistema:
    1. Traslación : Pulsando con el botón izquierdo cerca del origen de los ejes y arrastrando.
    2. Rotación : Pulsando con el botón derecho dentro de la animación y arrastrando.
  2. Puedes cambiar la velocidad inicial de la partícula V, pulsando con el botón izquierdo del ratón dentro de la animación y arrastrando.
  3. Los cambios en el valor de la velocidad V o del campo E dependen de donde presiones y arrastres inicialmente el botón del ratón.

El plano seleccionado (el X-Y, Y-Z o Z-X) se ve, por volverse verde sus ejes.

Arriba, en la izquierda en la aplicación, puedes ver como varían dos de los componentes de la V -o del campo E - según el plano elegido.

Presiona Iniciar para empezar la animación.

  1. La posición inicial, la velocidad inicial y el período del movimiento se pueden ver en la parte superior izquierda de la animación.
  2. Durante la animación.
    1. Si la trayectoria no se produce en el plano X-Z :
      1. La trayectoria se ve de color VERDE.
      2. Una curva negra muestra la proyección de la trayectoria sobre el plano X-Z
    2. La flecha roja representa la velocidad de la carga .
    3. La flecha azul representa la fuerza que actúa sobre la carga.
    4. Un "click" con el botón izquierdo del ratón detiene la animación, otro "click" la reanuda.
    5. Marcando la casilla de verificación checkbox (arriba a la derecha) se conserva el rastro de la trayectoria.
    6. Arrastrando con el botón derecho pulsado se cambia el ángulo de visión sobre la animación.
      1. La animación se reanuda con las mismas condiciones iniciales cuando se suelta el botón.
      2. Si el rastro de la trayectoria se conservó, puedes verla desde distintos ángulos.
  3. Presiona Reset para restablecer las condiciones iniciales.

Leyes Físicas:

La fuerza de Lorenz sobre una carga puntual viene dada por:

F =m a =q ( E + V XB )

1.- Si E =0.; F =q V X B , F perpendicular a V y B a un tiempo. (ejemplo 1)

1.-Si la velocidad inicial V es perpendicular al campo magnético B, la carga se moverá en una trayectoria circular

P =m V =q R X B

(R es el radio del movimiento circular; y P es el momento lineal)

2.- El período del movimiento no depende de la velocidad y la frecuencia angular (también conocida como frecuencia del ciclotrón) es:

w=q B / m

3.- Intenta dar valores grandes a "q / m" ( hasta q/m=0.1) y verás como la carga se mueve a lo largo del campo B.

2.- Si EXB no es nulo, la carga se desviará en la dirección de este producto vectorial.

con una velocidad constante Vdrift = EXB / |B|2 .

llamando al sentido en que se desvía "deriva de E vectorial B " (ejemplo 2) ( ejemplo 3)

Si lo intentas con valores altos de q/m ( p.ej q / m=0.1), obtendrás circulos de radio pequeño.

Campo Electrostático
  1. El trabajo realizado por el campo se invierte en incrementar la energía cinética de la partícula W= D Ec=q E·D R (R es el vector desplazamiento).
  2. Las partículas con diferentes velocidades iniciales serán dispersadas .

Campo Magnético constante

  1. El campo magnético estático no produce cambios en la energía cinética de la partícula, sólo cambios en la dirección de la velocidad (F es siempre perpendicular a la velocidad V).
  2. La frecuencia de giro de una partícula en un ciclotrón ( y tambien el tiempo que tarda en dar una vuelta) no depende ni de la velocidad con que se mueva ni del radio de la trayectoria.
  3. Partículas con diferentes velocidades son retenidas dentro del campo magnético constante.

Tus sugerencias serán muy estimadas. Please click hwang@phy03.phy.ntnu.edu.tw 

Autor:Fu-Kwun Hwang, (click me for more physics related java applet )
Dept. of physics, National Taiwan Normal University
Última modificación:

Traducción: José Villasuso Gato

URLs que enlazan con esta página.

  1. http://www.geocities.com/SiliconValley/Lakes/3015/physicsRef.html
  2. http://heart.engr.csulb.edu/~rtoossi/physics/demos.html#charge
  3. http://www3.sympatico.ca/cmichael/intro/index2.htm
  4. http://www.phys.latech.edu/users/sawyer/phys202_webres.html
  5. http://corsair.physics.gatech.edu/cycloid.htm