Explorando Dispositivos Electromagnéticos: Generación, Selección y Aceleración de Partículas

Alternador: Generación de Corriente Alterna

El alternador es un dispositivo que consta de una espira que gira con una velocidad angular w entre los polos de un imán. Transforma la energía mecánica (la del giro de la espira) en energía eléctrica de corriente alterna. Se conoce como corriente alterna a la diferencia de potencial, la cual varía periódicamente en el tiempo, lo cual la corriente eléctrica inducida en la espira también lo hará.

Componentes del Alternador

Un alternador consta de dos partes:

Rotor

Es la parte móvil, el elemento inducido, donde se origina la corriente eléctrica.

Estátor

Es la parte fija, el elemento inductor, el que crea el campo magnético.

Selector de Velocidades: Filtrado de Partículas Cargadas

Un selector de velocidades, en esencia, es un tubo con un campo eléctrico y otro magnético homogéneos y estacionarios en su interior. Estos dos campos son perpendiculares entre sí y también al eje longitudinal del tubo.

Por el extremo de entrada del tubo, se inyectan partículas cargadas que han sido aceleradas por una diferencia de potencial. Los valores de los campos son ajustados para que la fuerza eléctrica y la magnética se cancelen entre sí en aquellas partículas cuya velocidad se seleccione. De este modo, de entre todas las partículas que entran en el tubo, las que se desplacen a la velocidad seleccionada continuarán en línea recta y saldrán por el extremo final del tubo. El resto de partículas se desviarán, puesto que sí experimentan una fuerza neta que hace que curven su trayectoria y choquen con las paredes del tubo, por el extremo final. Para poder conseguir esta filtración de velocidades, la fuerza de Lorentz debe anularse en aquellas partículas.

Espectrógrafo de Masas: Determinación de Isótopos

El espectrógrafo de masas es un dispositivo que permite determinar la masa de partículas con carga eléctrica conocida, haciéndolas curvar en un campo magnético perpendicular. Este dispositivo se ha utilizado para encontrar los distintos isótopos de los elementos. Cada elemento se ioniza de manera estable con la misma carga, independientemente del tipo de isótopo. Como tienen distinta masa, describen trayectorias circulares con distintos radios de curvatura, chocando con una película fotográfica que servirá para determinar cuál ha sido el radio de giro de cada partícula.

Ciclotrón: Acelerador de Partículas Cargadas

El hecho de que una partícula que describe circunferencias en un campo magnético tarde siempre lo mismo en dar una vuelta, independientemente de la velocidad a la que se mueva, hace posible la construcción de un tipo de acelerador de partículas cargadas que recibe el nombre de ciclotrón.

Consiste en dos piezas en forma de D huecas conectadas a una diferencia de potencial que va invirtiendo su polaridad a un cierto ritmo. Todo ello está atravesado por un campo magnético perpendicular, como se muestra en la figura. Si se inyectan partículas en el centro, describen media circunferencia dentro de una D hasta que cambian de D, siendo impulsadas en ese momento por el campo eléctrico entre las dos D. Sucesivamente, las partículas van describiendo medias circunferencias cada vez más grandes y a mayor velocidad hasta que son lanzadas al exterior.