Un campo magnetico aumenta il modulo della velocità di una particella?
Cambierà la direzione, il modulo della velocità o entrambi?
- Seleziona l’esperimento magnetico.
- Segui la traiettoria circolare in un campo uniforme.
- Spiega perché invertire il segno della carica inverte il verso della curvatura.
Che cosa misurare
Raggio r, periodo di rotazione T e modulo costante della velocità.
L’idea alla base
La forza magnetica è perpendicolare alla velocità e a B. Non compie lavoro, quindi curva il moto senza aumentare il modulo della velocità. Conoscendo B e misurando il raggio si può ricavare m/|q|: è il principio della spettrometria di massa.
F=q(v×B); r=mv/(|q|B); T=2πm/(|q|B)B in tesla; m in kg; q in C; v è il modulo della velocità perpendicolare in m/s.
Costruisci il ragionamento
- Calcola separatamente ciascuna sorgente e somma i contributi vettoriali. Il potenziale si somma come scalare con segno.
- Usa F = qE oppure F = q(v × B), poi dividi per la massa per ottenere l’accelerazione.
- Il modello elettrico usa potenziale e campo regolarizzati coerenti con ε = 0.2 m; vicino alla sorgente differisce dalle cariche puntiformi ideali.
Esempio svolto 1
Per i valori illustrativi q/m=1 C/kg, v=2 m/s e B=1.5 T, r=1.333 m.
Esempio svolto 2
Con questi valori T=2π/1.5=4.189 s. Raddoppiando B si dimezzano sia r sia T.
Applicazioni
Le lenti elettrostatiche guidano gli elettroni; i campi magnetici separano le particelle per quantità di moto e carica. La direzione conta quanto l’intensità.
Errore comune
Una linea di campo non è in generale una traiettoria. Una carica negativa accelera in verso opposto a E. Una forza puramente magnetica non compie lavoro.
Un’indagine ulteriore
Qual è la forza se v è parallela a B?
Verifica la comprensione
Una forza puramente magnetica compie lavoro su una carica puntiforme?
- Sì
- No
Spiegazione
F·v=0 significa che l’energia cinetica resta costante. Per v∥B il prodotto vettoriale e la forza sono nulli.
Limiti del modello
Circonferenza analitica in un campo B statico uniforme. Nessun campo elettrico, radiazione, collisione o relatività. Valori schematici a scopo didattico, non un progetto di produzione.
University Physics Volume 2, 11.3 Motion of a Charged Particle in a Magnetic Field