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Selector de velocidades - Contenido educativo
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En este vídeo explicamos el funcionamiento de un dispositivo conocido como selector de velocidades, gracias al cual solamente permitimos el paso de partículas que lleven la velocidad que nosotros elijamos.
en este vídeo vamos a hablar sobre un selector de velocidades un selector de
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velocidades es un dispositivo que nos permite seleccionar únicamente aquellas
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partículas que vayan a la velocidad que a nosotros nos interesa
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se construye de la siguiente forma se utiliza un condensador de placas planas
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y paralelas que conectamos a una pila como esta
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que tiene un potencial así y entonces nos carga la placa superior
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positivamente y la placa inferior negativamente
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simultáneamente añadimos un campo magnético que vamos a dibujar de color
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rojo que en este caso elijo que vaya hacia dentro del papel este sería
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nuestro campo magnético como este el condensador que tiene cargas positivas
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y negativas nos genera un campo eléctrico que viaja de positivo a negativo, en azul
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el campo eléctrico y a continuación tendremos una partícula que hacemos entrar, por ejemplo
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va a ser una partícula cargada positivamente y la hacemos entrar en esta región con una
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cierta velocidad v. Pues bien, lo que nos interesa saber es si en esta región del final
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vamos a ver esta partícula o no. Veamos qué ocurre con esta partícula cuando
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estuviese por ejemplo en este punto de aquí para que se vea un poco más clara
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vamos a dibujarla otra vez. Tenemos la partícula en este punto con
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una cierta velocidad hacia la derecha. Debido al campo eléctrico esta partícula
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que se quiere se está moviendo hacia la derecha sentirá una atracción hacia el
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lado negativo es decir va a sentir una fuerza eléctrica así hacia abajo
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fuerza eléctrica debido al campo magnético sin embargo vamos a tener la
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ley de lorentz que la vamos a recordar aquí
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de hecho voy a poner las dos la fuerza eléctrica que es la carga
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por el campo eléctrico y la fuerza magnética fuerza magnética
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que es la carga por el producto vectorial de la velocidad y el campo magnético para hacer este
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producto vectorial deberemos llevar la velocidad hacia el campo y luego la carga como es positiva
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pues no tenga no nos cambiará el signo entonces lo que vamos a hacer es el giro que va desde la
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velocidad que es así hacia el campo que es así es un giro que con la mano derecha podemos hacer
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de esta manera y nos sale una fuerza hacia arriba esta de aquí es la fuerza
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magnética pues bien ahora vamos a calcularnos qué
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valores tienen estas fuerzas como todos los vectores son aquí perpendiculares
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entre sí la fuerza eléctrica pues ya tenemos carga por campo y la fuerza
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magnética tendremos carga por la velocidad y el campo en módulo esta
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fuerza sería el módulo de la fuerza magnética
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sería el valor absoluto de la carga en este caso da igual porque es positiva
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pero si fuese negativa el módulo de la velocidad y el módulo del campo
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magnético insisto como la velocidad del campo son perpendiculares este producto
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vectorial es simplemente el producto de los módulos pues bien cuál es la fuerza
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neta que siente esta partícula, la fuerza total
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la fuerza total que siente esta partícula es
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la parte eléctrica que es
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la carga por el campo y
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vertical hacia arriba, la voy a poner así en módulo
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para sacarle el vector y
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hacia abajo porque es hacia abajo, más
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y en este término tenemos la carga, la velocidad, el campo magnético, vertical hacia arriba y positiva porque estaba hacia arriba.
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Podemos sacar factor común, la carga, y J también podemos sacar la factor común
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y nos queda que esto es velocidad y campo menos campo eléctrico J.
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Observamos en este caso que este término de aquí puede tomar valores positivos, negativos o cero.
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Por ejemplo, si este producto menos el campo fuese positivo,
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es decir, si la velocidad fuese mayor que este cociente de aquí,
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entonces significaría que el término velocidad por campo magnético es mayor
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que el campo eléctrico es decir la fuerza de color rojo será mayor que la
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fuerza de color azul si la fuerza de color rojo es mayor que la fuerza de
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color azul el movimiento que describiremos será un movimiento como
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este y chocaremos contra una de las placas
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por lo tanto en este caso tendremos un tiro
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parabólico parabólico hacia arriba en este caso de la carga positiva si
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la carga fuese negativa entonces todas las fuerzas se darían la vuelta sería
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hacia abajo qué ocurre si este producto
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menos el campo eléctrico es negativo o bien la velocidad es más pequeña que el
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campo dividido en el campo eléctrico dividiendo el campo magnético en ese
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caso dominaría la fuerza de color azul si domina la fuerza de color azul
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entonces tenemos un movimiento como éste es decir habrá un tiro parabólico pero
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esta vez será hacia abajo en ninguna de estas dos situaciones conseguiremos ver
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la partícula si ponemos un detector al final en las dos se nos va a chocar con
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una placa que ocurre en el último caso que nos queda
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si esta diferencia es exactamente igual a cero o bien si esta velocidad de la
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partícula es exactamente igual al cociente campo eléctrico entre campo
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magnético en este caso la partícula sigue recta de hecho no se
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ve acelerada sigue teniendo un movimiento rectilíneo uniforme en este
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caso si yo pongo el detector aquí al final si voy a ver la partícula la
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partícula va a llegar hasta el detector y nosotros la vamos a poder registrar, por lo tanto las
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únicas partículas que pueden salir de estas placas que hay aquí son aquellas que cumplan que la
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velocidad es el cociente entre el campo eléctrico y el campo magnético, el campo eléctrico es muy
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fácil de modificar porque si yo tengo aquí una pila con un cierto potencial el campo eléctrico
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se calcula como el potencial por la distancia, no, al revés, entre la distancia, donde la distancia es esta distancia de aquí.
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Por lo tanto, sabiendo cómo cambiar el campo eléctrico simplemente cambiando el potencial, ya sea porque puedo regular esta pila
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o porque pongo una resistencia que me corta un poco del potencial, podré modificar cuánto es la intensidad del campo eléctrico
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y por lo tanto cuál es la velocidad de las partículas que salen.
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El campo magnético también se puede modificar pero como todavía no hemos visto cómo se genera el campo magnético
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pues de momento modificando el campo eléctrico sería suficiente para cambiar esta velocidad de las partículas que salen.
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Y así es como funciona un selector de velocidades.
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- Autor/es:
- Àngel M. Gómez Sicilia
- Subido por:
- Àngel Manuel G.
- Licencia:
- Reconocimiento - No comercial - Compartir igual
- Visualizaciones:
- 173
- Fecha:
- 28 de marzo de 2021 - 19:02
- Visibilidad:
- Público
- Duración:
- 09′ 13″
- Relación de aspecto:
- 1.78:1
- Resolución:
- 1920x1080 píxeles
- Tamaño:
- 312.60 MBytes
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