MOVIMIENTOS DE CARGAS EN CAMPOS ELÉCTRICOS

 

 

 

 

El estudio de movimientos de haces de partículas cargadas (por ejemplo, haces de electrones, protones, etc.) en campos eléctricos se rige básicamente por la aplicación de las leyes de la mecánica a tales partículas, después de conocer la fuerza eléctrica que el campo ejerce sobre ellas. En el caso más sencillo, dicho campo puede ser uniforme.

 

La animación adjunta (debajo) simula el movimiento de un electrón que penetra entre las placas de un condensador cargado. Como el campo eléctrico es uniforme, ejerce una fuerza constante sobre el electrón y le produce una aceleración también constante y perpendicular a su velocidad inicial. La situación es análoga a la de un tiro horizontal y la solución del problema también es similar, dado que se puede estudiar el movimiento descomponiéndolo en un movimiento horizontal uniforme y un movimiento vertical de aceleración constante (producida por el campo).

 

 

La trayectoria resultante es parabólica mientras se mantiene constante el potencial entre las placas, y modificándolo, se puede redirigir dicha trayectoria (La animación permite que se alterne sobre la marcha el signo de las placas, para modificar a voluntad la trayectoria del electrón).

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En general, los campos eléctricos que pueden afectar al movimiento de partículas cargadas no son uniformes, sino más complicados (por ejemplo, radiales, oscilantes, etc.). Un caso interesante y sencillo, donde el campo es radial, son los procesos de dispersión de partículas subatómicas de carga positiva (protones, partículas a) por núcleos atómicos también positivos. En este caso, la fuerza ejercida por el núcleo sobre el proyectil de carga positiva es de repulsión y se calcula aplicando la ley de Coulomb a ambos (el núcleo y el proyectil). No obstante, se ha de tener en consideración que dicha fuerza varía a lo largo del movimiento del proyectil, puesto que su valor de pende de la distancia entre él y el núcleo.

 

 

 

Para practicar este problema se puede utilizar la animación adjunta. Permite modificar la posición inicial desde dónde se lanza el proyectil y dibuja la trayectoria de éste.

La animación también representa a lo largo del movimiento la fuerza de repulsión que el núcleo ejerce sobre el proyectil.

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Los estudios sobre dispersión de partículas cargadas tienen enorme relevancia en el conocimiento de la estructura interna de la materia. Las observaciones pioneras de Geiger y Mardsen sobre la dispersión de partículas a por los átomos de una fina lámina de oro, dieron la pista a Rutherford para establecer el primer modelo atómico nuclear. Desde entonces, los experimentos de dispersión de partículas cargadas contribuyen a conocer detalles y conceptos asociados a la estructura interna de la materia.


 
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Departamento de Física y Química del IES "Leonardo Da Vinci"