Este folleto cubre temas seleccionados del SL para el curso evaluado por primera vez en 2025; no constituye el programa completo.
Requisitos previos: leer las cantidades y unidades indicadas, y aplicar aritmética y las condiciones del modelo siguientes.
Los ejemplos son originales y ficticios: no son mediciones reales ni investigaciones estudiantiles reales.
15.2
Fuerzas magnéticas: girar la velocidad sin aumentar la rapidez
¿Qué explicaría esta observación?
Una partícula cargada curva en un campo magnético uniforme. Su dirección cambia aunque la fuerza magnética sola no aumenta su energía cinética.
Construya el modelo
La magnitud de la fuerza magnética es F = |q|vB sinθ.
Es perpendicular a la velocidad y al campo magnético, con la dirección determinada por el signo de la carga.
Para una entrada perpendicular a un campo uniforme, puede proporcionar la fuerza centrípeta para el movimiento circular.
Fuerza magnética: Fuerza debida a un campo magnético sobre una carga en movimiento o corriente.
momentum: Masa multiplicada por la velocidad en el modelo clásico.
La fuerza magnética es siempre perpendicular a v, por lo que curva la trayectoria en un círculo: r = mv/(qB)
Elija evidencias que puedan probarlo
Iguale la fuerza magnética con mv²/r para obtener r = mv/(|q|B) para movimiento perpendicular.
Un campo más fuerte produce un radio menor a momentum fijo.
La entrada paralela genera cero fuerza magnética en este modelo.
En el laboratorio: Dibuje la velocidad, el campo y la fuerza como flechas separadas usando las convenciones establecidas de hacia adentro/hacia afuera de la página. Utilice datos del haz proporcionados o una simulación. No trate la dirección de un alambre conductor de corriente como idéntica a la dirección del movimiento de los electrones.
Trabaje desde cantidades conocidas
Conocido: una partícula tiene m = 2.0×10⁻²⁷ kg, v = 3.0×10⁶ m/s, |q| = 1.0×10⁻¹⁹ C y B = 0.20 T. r = mv/(|q|B) = 0.30 m.
El cálculo asume movimiento no relativista y entrada perpendicular.
Tu turno: Use r = mv/(|q|B). Para m=2×10⁻²⁷ kg, v=2×10⁶ m/s, |q|=1×10⁻¹⁹ C y B=0.20 T, encuentre r.
Verifique la conclusión y sus límites
Una fuerza magnética puede cambiar la dirección del momento sin realizar trabajo.
Agregar un campo eléctrico puede cambiar la energía, por lo que las conclusiones sobre un campo magnético solo no cubren todos los aparatos de campos combinados.
No es cierto: Una fuerza magnética sola aumenta continuamente la energía cinética de una partícula cargada. Una fuerza perpendicular a la velocidad no realiza trabajo (trabajo = fuerza × distancia A Lo LARGO de la fuerza), por lo que un campo magnético solo no puede cambiar la energía cinética de una partícula, solo su dirección. Acelerar necesita un componente de campo a lo largo del movimiento, lo cual solo lo proporciona un campo eléctrico.
Clave:
La magnitud de la fuerza magnética es F = |q|vB sinθ.
Iguale la fuerza magnética con mv²/r para obtener r = mv/(|q|B) para movimiento perpendicular.
Preste atención: Una fuerza magnética puede cambiar la dirección del momento sin realizar trabajo.
Escriba desde un radio orbital de 0.50 m
Use r = mv dividido por el producto de la magnitud de la carga y el campo magnético.
Take m = 2 times 10 to the minus 27 kg, v = 2 times 10 to the 6 metres per second, charge magnitude 1 times 10 to the minus 19 coulomb and B = 0.08 T. A magnetic force perpendicular to the velocity does no work.
Escribe partiendo de un radio duplicado
La misma partícula entra en el mismo campo pero a la mitad de la velocidad.
r = mv ÷ (qB), por lo tanto al reducir a la mitad B el radio se DOBLA — la espiral se ensancha a medida que disminuye el campo.
Escribir desde un periodo independiente de la velocidad
Una partícula rápida y una lenta de igual masa orbitan en el mismo campo.
T = 2πm ÷ (qB) no contiene v: la más rápida recorre un círculo mayor en el MISMO tiempo.
Explorar
Turn the velocity without increasing speed
The lesson’s particle has a 0.30 m radius in a 0.20 T field. Reverse charge or field direction, and compare field strength, curvature and constant kinetic energy on a fixed spatial scale.
