En este post te explicamos qué es un selector de velocidades y para qué sirve. También te mostramos cómo funciona un selector de velocidades y cuál es la fórmula de su principio de funcionamiento.
Índice
¿Qué es un selector de velocidades?
Un selector de velocidades es un aparato que sirve para seleccionar las partículas que van a una velocidad específica.
En un selector de velocidades actúan un campo eléctrico y un campo magnético combinados de tal forma que permiten cambiar la dirección de las partículas según su velocidad. Esto permite dirigir las partículas que tienen la velocidad que nos interesa hacia un lugar y las otras partículas hacia otro lugar, pudiendo así seleccionar las partículas que tienen una determinada velocidad.
Funcionamiento de un selector de velocidades
El funcionamiento de un selector de velocidades se basa en las fuerzas que ejercen el campo eléctrico y el campo magnético. Se combina un campo eléctrico con un campo magnético de manera perpendicular para que las fuerzas que ejercen sean en la misma dirección pero de sentido contrario.
Si la carga es positiva, la fuerza eléctrica tiene la misma dirección y sentido que el campo eléctrico. Pero si la carga es negativa, la fuerza eléctrica tiene la misma dirección y sentido opuesto que el campo eléctrico.
Por otro lado, la dirección y sentido de la fuerza magnética depende de la dirección de la partícula y de la dirección del campo magnético.
Así pues, en un selector de velocidades se combinan el campo eléctrico y el campo magnético para que la fuerza eléctrica y la fuerza magnética sean opuestas, de esta forma se puede controlar la dirección de la partícula según su velocidad.
Como puedes ver en el selector de velocidades de la figura de arriba, sobre la partícula que entra con una velocidad concreta actúa la fuerza eléctrica y la fuerza magnética. En este caso, la fuerza eléctrica es vertical hacia arriba, mientras que la fuerza magnética es vertical hacia abajo.
Por lo tanto, la partícula avanzará hacia arriba si la fuerza eléctrica es mayor que la fuerza magnética, pero avanzará hacia abajo si la fuerza eléctrica es menor que la fuerza magnética. Asimismo, cuando las dos fuerzas sean iguales, la partícula avanzará en línea recta. A continuación veremos cuándo sucede esto.
Fórmula de un selector de velocidades
Tal y como hemos visto en el apartado de arriba, sobre la partícula que entra en un selector de velocidades actúa la fuerza eléctrica y la fuerza magnética.
La fuerza eléctrica y la fuerza magnética tienen la misma dirección pero su sentido es opuesto, por lo que se cumple la siguiente ecuación:
Sustituyendo cada fuerza por su expresión llegamos a la siguiente ecuación:
Ahora solo nos queda despejar la velocidad de la ecuación:
Por lo tanto, cuando la velocidad de la partícula sea igual al cociente entre la intensidad del campo eléctrico y la intensidad del campo magnético, la fuerza eléctrica y la fuerza magnética serán equivalentes y en consecuencia la partícula avanzará en línea recta. De modo que las partículas con esta velocidad podrán salir del selector, mientras que las otras partículas permanecerán dentro.
En resumen, el valor de la velocidad de la partícula determina su dirección:
si la carga es positiva, se desplaza en el mismo sentido que el campo eléctrico. Si la carga es negativa, se desplaza en sentido contrario que el campo eléctrico.
si la carga es positiva, se desplaza en sentido opuesto al campo eléctrico. Si la carga es negativa, se desplaza en el mismo sentido que el campo eléctrico.
la partícula avanza en línea recta independientemente del signo de su carga.
Esta fórmula también se puede deducir a partir de la fórmula de la ley de Lorentz.
