3.1.1 Ciclotrón.
En un ciclotrón, los protones son acelerados gracias a los campos magnéticos y eléctricos.
Eln 1930 el físico americano E O Lawrence diseñó y construyó el primer ciclotrón. Por este logro, fue galardonado con el premio Nobel de Física en 1939-. Con sólo unos pocos centrimetros de diámetro, Lawrence aceleró prtotones a energías de 80 KeV.
Actividad 2: ¿Cómo funcionan los aceleradores? Elabora una lámina con dibujos y esquemas qué expliquen el funcionamiento de un acelerador, después de responder a estas preguntas.
1) Indica cómo funciona un ciclotrón. Ejercicios 11,13,14 del boletín campo magnético.
2) Realiza estos ejercicios:
Ejercicio 1.
a) ¿Cuál es la velocidad de un protón de energía 80KeV?
b) La trayectoría más larga posible en el ciclotrón de Lawrence tenía de radio 50 mm. ¿Cuál fue el valor del campo magnético utilizado?
c) Con este mismo valor del campo, ¿cuál sería el valor del radio de un protón con la mitad de la máxima energía obtenida en el ciclotrón?
d) ¿Cuánto tiempo tardaban los protones de 80KeV en recorrer su trayectoría circular? ¿Cuánto tiempo tardaban los que tenían la mitad de energía?
Datos: m = 1.6726×10−27 kg , e = 1,60 · 10 -19 C,
Ejercicio 2.
(a) Si un electrón se acelera en un cañón con un voltaje de cañón de 5.000 V, cuánta energía cinética adquiere? (expresar el resultado en J y en eV)
(b) ¿A qué velocidad sale el electrón del cañón? (considere que al salir del cátodo la velocidad era prácticamente cero).
(c) ¿Cómo afectaría a su respuesta a la parte (b) la presencia de aire en el CRT?
(Carga del electrón, e = 1,60 · 10 -19 C, m = 9,11 · 10 -31 kg)
¿Cuál debe ser la ddp entre el cátodo y el ánodo de un CRT para que los electrones adquieran una velocidad de 10.000 km · s -1 .
Ejercicio 3.
(a) Complete la Tabla 1.
(b) Comente los resultados obtenidos antes. Analiza los valores obtenidos para la velocidad y la energía de las diferentes partículas.
¿Cuál es la velocidad que adquiriría un electrón en el interior de un tubo CRT sometido a una ddp de 500 kV? Analiza y comenta el resultado final.
Actividad 3: En nuestra localidad, Sevilla, el Centro Nacional de Aceleradores, tiene varios aceleradores. Investiga un poco y elabora una ficha sobre el CNA. Estos ejercicios te ayudarán:
- Asiste a una charla sobre el acelerador: El billar, la macedonia de frutas y Rutherford. haz un resumen de al menos 20 líneas de la charla.
- ¿A qué se dedica el CNA en Sevilla? Entra en su web e indica cuáles son sus campos de trabajo.
- Investiga sobre las personas que allí trabajan, indica al menos 5 profesionales universitarios y 5 profesionales de ciclos de grado superior.
Con toda esta información elabora la ficha sobre el CNA en Sevilla, recuerda que debe cumplir las siguientes condiciones:
- Debe aparecer el CNA, dimensiones, instalaciones, número de aceleradores, campos de trabajo.
- Deben aparecer los profesionales que trabajan allí.
- Debe explicar brevemente cómo funciona el acelrador de partículas.
Fuentes:
TEACHING ADVANCED PHYSICS: http://tap.iop.org/
Física en context: