Masas isotópicas
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---Selector de velocidades
Como su propio nombre indica el selector de velocidades es un aparato que permite seleccionar haces de partículas con idéntica velocidad. Su funcionamiento se basa en la interacción de las partículas con campos eléctricos y magnéticos cruzados (perpendiculares). Como se observa en la figura el campo eléctrico ejerce una fuerza hacia abajo y el magnético en sentido justamente opuesto a él. Si regulamos el valor del campo magnético y del eléctrico de forma que FE y FB sean iguales la carga seguirá una trayectoria recta dibujo 1
Si la velocidad de la partícula es superior a la seleccionada la fuerza magnética será superior a la eléctrica y la trayectoria se curvará hacia arriba. Si ocurre los contrario la trayectoria se curva hacia abajo impidiendo que estas partículas emerjan del selector. Dibujo 2
-----Espectrógrafo de masas
El espectrógrafo de masas permite separar partículas con idéntica carga y distinta masa (por ejemplo) aprovechando la interacción de las partículas cargadas con un campo magnético perpendicular: dibujo3
El espectrógrafo de masas permite evaluar masas atómicas con gran precisión y la separación de isótopos de un mismo elemento. Dispositivo usado por Rutherford (en 1903) para analizar la emisión radiactiva del radio. La aplicación de un campo magnético permitió resolver la radiación en tres tipos distintos que fueron denominados como radiación alfa, beta y gamma. La radiación alfa estaba formada por partículas pesadas y con carga positiva (núcleos de He) La radiación beta consistía en un chorro de partículas muy ligeras y con carga negativa (electrones) La radiación gamma no poseía ningún tipo de carga, ya que no eran desviadas por el campo magnético. Espectrógrafo de masas
-----Clasificación de los distintos materiales de acuerdo con su permeabilidad magnetica
Sustancias ferromagnéticas Su permeabilidad es muy superior a la del vacío: Son fuertemente atraídas por los imanes.
Son fácilmente imantables y mantienen sus propiedades magnéticas durante cierto tiempo. A veces (caso del acero) se convierten en imanes permanentes. Si se someten a un campo magnético externo el campo en su interior es mayor que el externo. Ejemplos: hierro, acero, cobalto, níquel, neodimio...
Son fácilmente imantables y mantienen sus propiedades magnéticas durante cierto tiempo. A veces (caso del acero) se convierten en imanes permanentes. Si se someten a un campo magnético externo el campo en su interior es mayor que el externo. Ejemplos: hierro, acero, cobalto, níquel, neodimio...
Sustancias paramagnéticas Su permeabilidad es algo superior a la del vacío: Son débilmente atraídas por los imanes. Aunque son imantables no mantienen sus propiedades magnéticas una vez que se suprime el campo magnético exterior. Si se someten a un campo magnético externo el campo en su interior es prácticamente igual que el externo Ejemplos: aluminio, platino, paladio..
Sustancias diamagnéticas Su permeabilidad es inferior a la del vacío: Son débilmente repelidas por los imanes. No son imantables. Si se someten a un campo magnético externo el campo magnético en su interior es menor que el externo. Ejemplos: Mercurio, plata, cobre, bismuto, agua...
El hecho de que una corriente eléctrica genere un campo magnético permite explicar el magnetismo natural como consecuencia de la existencia de diminutos imanes de tamaño atómico. Si consideramos un único electrón (carga eléctrica negativa) orbitando alrededor del núcleo tendremos el equivalente a una diminuta corriente eléctrica circular (espira)
Que generará su correspondiente campo magnético. Si consideramos átomos más complejos (con varios electrones situados en varias capas) la situación puede ser mucho más complicada y el campo magnético total sería el resultante de la suma del de todos los electrones, que puede dar un valor nulo. Una situación similar se produce cuando tratamos con moléculas. En las sustancias diamagnéticas los átomos o moléculas (debido a su configuración electrónica) no tienen campo magnético neto. Si se someten a la acción de un campo externo se induce en ellas un campo magnético opuesto. De esta manera el campo aplicado es más débil en su interior y son repelidas por los imanes (Faraday ya observó en 1846 que el bismuto era repelido por un imán)
. En las sustancias paramagnéticas los átomos o moléculas individuales sí que pueden ser considerados como diminutos imanes, pero como resultado de la agitación molecular (energía cinética) están orientados al azar dando un campo magnético resultante nulo. Si se someten a la acción de un campo magnético externo se orientan en parte y presentan propiedades magnéticas mientras actúe el campo. Si éste cesa, los imanes microscópicos vuelven a desordenarse. La magnetización no es permanente. De todo lo dicho se desprende que la magnetización será mayor cuanto más intenso sea el campo magnético externo o más baja la temperatura. Esta dependencia con la temperatura fue observada por Pierre Curie. La ley de Curie relaciona la magnetización de una sustancia con el campo magnético aplicado y la temperatura absoluta, aunque deja de ser válida para campos magnéticos muy grandes o temperaturas muy bajas. En las sustancias ferromagnéticas se observa una magnetización permanente. A nivel microscópico se pueden distinguir zonas, denominadas dominios, en las cuales los imanes atómicos están orientados en una dirección determinada, aun en ausencia de campos externos. Si se aplica un campo magnético externo aquellos dominios que están orientados según el campo aplicado crecen a expensas de los que no poseen esa orientación, a la vez que se produce una rotación en la orientación de los dominios en la dirección del campo magnético externo. Todo ello hace que se produzca un refuerzo considerable del campo magnético en el interior de la sustancia. La agitación térmica tiende a desordenar los dominios, por eso existe una temperatura (temperatura de Curie) por encima de la cual la sustancia pierde sus propiedades ferromagnéticas y se convierte en paramagnética.
Que generará su correspondiente campo magnético. Si consideramos átomos más complejos (con varios electrones situados en varias capas) la situación puede ser mucho más complicada y el campo magnético total sería el resultante de la suma del de todos los electrones, que puede dar un valor nulo. Una situación similar se produce cuando tratamos con moléculas. En las sustancias diamagnéticas los átomos o moléculas (debido a su configuración electrónica) no tienen campo magnético neto. Si se someten a la acción de un campo externo se induce en ellas un campo magnético opuesto. De esta manera el campo aplicado es más débil en su interior y son repelidas por los imanes (Faraday ya observó en 1846 que el bismuto era repelido por un imán)
. En las sustancias paramagnéticas los átomos o moléculas individuales sí que pueden ser considerados como diminutos imanes, pero como resultado de la agitación molecular (energía cinética) están orientados al azar dando un campo magnético resultante nulo. Si se someten a la acción de un campo magnético externo se orientan en parte y presentan propiedades magnéticas mientras actúe el campo. Si éste cesa, los imanes microscópicos vuelven a desordenarse. La magnetización no es permanente. De todo lo dicho se desprende que la magnetización será mayor cuanto más intenso sea el campo magnético externo o más baja la temperatura. Esta dependencia con la temperatura fue observada por Pierre Curie. La ley de Curie relaciona la magnetización de una sustancia con el campo magnético aplicado y la temperatura absoluta, aunque deja de ser válida para campos magnéticos muy grandes o temperaturas muy bajas. En las sustancias ferromagnéticas se observa una magnetización permanente. A nivel microscópico se pueden distinguir zonas, denominadas dominios, en las cuales los imanes atómicos están orientados en una dirección determinada, aun en ausencia de campos externos. Si se aplica un campo magnético externo aquellos dominios que están orientados según el campo aplicado crecen a expensas de los que no poseen esa orientación, a la vez que se produce una rotación en la orientación de los dominios en la dirección del campo magnético externo. Todo ello hace que se produzca un refuerzo considerable del campo magnético en el interior de la sustancia. La agitación térmica tiende a desordenar los dominios, por eso existe una temperatura (temperatura de Curie) por encima de la cual la sustancia pierde sus propiedades ferromagnéticas y se convierte en paramagnética.
Teorema de gauss
Experiencia de farady experienza de henry
En el tema dedicado al electromagnetismo se ha visto que una corriente eléctrica crea un campo magnético. Podríamos preguntarnos si es posible el proceso inverso, esto es: crear una corriente eléctrica a partir de un campo magnético.
Faraday y Henry llevaron a cabo diversos experimentos (hacia 1830) que permitieron dar respuesta a esta pregunta.
Experiencia de Faraday
Fue Faraday quien comprobó que al acercar un imán a una espira en ésta se origina una corriente que invierte su sentido cuando el imán se aleja (ver figura).
Un dato importante es que la corriente aparece sólo cuando el imán está en movimiento respecto de la espira (puede moverse el imán o la espira, es igual) y cesa una vez que cesa el movimiento. El origen de la corriente eléctrica, por tanto, no es la presencia de un campo magnético, sino la variación del campo que atraviesa la espira.
Como se puede ver en la figura las líneas de fuerza del campo del imán están más juntas cerca de los polos (mayor intensidad) , y más separadas (menor intensidad) a medida que nos alejamos de ellos, con lo que al acercar o separar el imán de la espira se produce una variación del campo magnético que la atraviesa.
Otro dato experimental importante es que la intensidad de la corriente inducida depende de lo rápido que se mueva el imán respecto de la espira. Esto indica una dependencia con la rapidez de variación del campo magnético.
Experiencia de Henry
Henry realizó, de forma simultánea con Faraday, una experiencia que permitió una mejor comprensión del fenómeno de la inducción de una corriente eléctrica a partir de un campo magnético.
La experiencia de Henry consistió en deslizar un conductor móvil sobre otro doblado en forma de U (ver figura), situado en el seno de un campo magnético constante y perpendicular a la dirección del movimiento. Como consecuencia del movimiento (y de la presencia del campo magnético) aparece una fuerza de Lorenz sobre las cargas libres del conductor (electrones). Por tanto, las cargas negativas se desplazan hacia el extremo derecho del conductor móvil, mientras que en el izquierdo se acumularán las positivas creándose una diferencia de potencial entre ambos extremos que hará que comience a circular una corriente por el circuito.
En la experiencia de Henry se induce una corriente de forma un tanto diferente a la de Faraday. Ahora el campo magnético es uniforme y lo que varía es el tamaño de "la espira" que forma el circuito.
Comparando ambas experiencias podemos llegar a la conclusión de que lo que varía en ambas es la cantidad de líneas de campo que atraviesan el circuito en el que se induce la corriente.