Guia-11-2014

ELEMENTOS DE FÍSICA (PM)– 2014
Guía de Trabajo Practico No 11
Guía 11
Problema 1
Un electrón se mueve en el eje positivo de las x, con una velocidad de
.
Entra a una región donde existe un campo magnético uniforme de 0.8 T en la dirección
positiva del eje de la z. ¿Cuál será la magnitud y dirección de la fuerza magnética que
experimenta el electrón? Responder:
a) Aplicando la fuerza de Lorentz directamente.
b) Mediante la regla de la mano derecha.
Problema 2
Un protón penetra en una región donde existe un campo magnético uniforme. Explique qué
tipo de trayectoria describirá el protón si su velocidad es:
a) paralela al campo;
b) perpendicular al campo.
c) ¿Qué sucede si el protón se abandona en reposo en el campo magnético?
d) ¿En qué cambiarían las anteriores respuestas si en lugar de un protón fuera un electrón?
Problema 3
Un electrón se mueve con una velocidad de 5106 m/s. En una dirección ortogonal a su
velocidad actúa un campo magnético de módulo 10 T. Calcular:
a) Fuerza que experimenta el electrón a causa del campo magnético.
b) Radio de curvatura de su trayectoria.
c) Tiempo que tarda el electrón en describir una circunferencia completa.
Datos: me = 9,11031 kg, qe = 1,61019 C
Problema 4
Un electrón penetra perpendicularmente en un campo magnético uniforme de 3103 T con
una velocidad de 1,6106 m/s. Determinar el campo eléctrico que deberíamos superponer al
magnético para que el electrón describiera un movimiento rectilíneo.
Problema 5
En una misma región del espacio existen un campo eléctrico uniforme de valor 0,5104
V/m y un campo magnético uniforme de valor 0,3 T, siendo sus direcciones
perpendiculares entre si:
a) ¿Cuál deberá ser la velocidad de una partícula cargada que penetra en esa región en
dirección perpendicular a ambos campos para que pase a través de la misma sin ser
desviada?
b) Si la partícula es un protón, ¿cuál deberá ser su energía cinética para no ser desviado?
Datos: masa del protón mp = 1,67210-27 kg
Problema 6
Un electrón que viaja con velocidad vo = 107 m/s penetra en la región sombreada de la
figura, donde existe un campo magnético uniforme. Se observa que el electrón realiza una
trayectoria semicircular de radio R = 5 cm dentro de dicha región, de forma que sale en
dirección paralela a la de incidencia, pero en sentido opuesto. Sabiendo que la relación
carga/masa del electrón es 1,761011 C/kg, determinar el módulo, dirección y sentido del
campo magnético que existe en esa región.
R
Problema 7
En un espectrómetro de masas, tal como se muestra en la figura, los iones de magnesio, Mg
(masa = 24 u.m.a y carga = +e) ubicados en una cámara de gas, pueden escapar a través de
una válvula para entrar en una zona donde son acelerados (condensador de placas planoparalelas) por una diferencia de potencial de 1000 V.
De la salida de la zona de aceleración escapa un chorro de iones donde la mayoría tienen
una velocidad v (hay otros iones que tienen velocidades mayores que v).
A continuación entran a un selector de velocidades, en donde un campo magnético
uniforme y un campo eléctrico uniforme, se combinan para que sólo aquellos iones con
velocidad v sigan una trayectoria recta, para pasar por un orificio en una pared al final del
trayecto.
Después de pasar por el orificio de la pared, los iones entran a una región semicircular
donde hay un campo magnético de 0,6 T realizando en ella una trayectoria circular para
chocar finalmente con un detector que registra los choques de los iones.
a)
b)
¿Cuál es el valor de la velocidad v?
Determinar los módulos, direcciones y sentidos de los campos eléctrico y
magnético, en el selector de velocidades, de modo que el ión con velocidad v no
resulte desviado. Sabiendo que los signos de las placas son como están indicados en
la figura y la separación de las placas del selector de velocidades es de 10 cm. Si
hay alguna ambigüedad (es decir falta algún dato) dar una relación entre los
módulos de los campos.
c) El radio de la trayectoria de dicho ión en la región semicircular.
Datos: carga del electrón 1,610-19 C, 1 u.m.a. = 1,6610-27 kg.
Pared con
orificio
Mg
Cámara de
gas de Mg
Selector de velocidades
Existencia de campos
eléctrico y magnético
Zona de aceleración
Región de campo
eléctrico sólo. Voltaje
entre placas: 1000 V.
Detector
Región de
campo
magnético de
0,6 T