¿Qué es un Selector de velocidades?

Si recodamos un poco lo que estudiamos en las últimas publicaciones sobre el magnetismo, sabremos que existe el movimiento de partículas cargadas dentro de un campo magnético; de este principio surgen ciertas necesidades y una de ellas es que dichas partículas puedan tener la misma velocidad. Para ello debemos recurrir al Selector de Velocidades.

Realizando una búsqueda documental con respecto al origen de los selectores de velocidades, no logre encontrar muchos datos específicos; pero si eran utilizados más o menos desde el siglo XIX. Resulta que diversos experimentos donde se ponen en práctica el movimiento de partículas, es necesario que se haga a la misma velocidad; para ello lo que se hace básicamente es combinar un campo magnético y un campo eléctrico, pero ¿Cómo se hace esto? si se tiene un haz de partículas con carga que se producen por un cátodo caliente o un material radiactivo, obviamente estas partículas no se mueven a la misma rapidez. Pero muchas de las aplicaciones requieren de un haz en el que todas las partículas tengan la misma velocidad; y para poder seleccionar partículas que tengan una velocidad específica se recurre al selector de velocidades.

Para comprender como funciona un selector podemos observar el diagrama que se muestra a continuación. Donde en el espacio en el que los campos magnéticos y eléctricos son perpendiculares entre sí, se encuentra una partícula con masa, carga y rapidez. Entonces, el campo eléctrico se dirige hacia la izquierda y el campo magnético está en el plano de la imagen; ahora, si la carga es positiva, la fuerza eléctrica que existe será hacia la izquierda.

La magnitud de la fuerza es qE, como la fuerza magnética es hacia la derecha y con una magnitud de qvB. Ahora bien, para ciertas magnitudes de campo dadas, E y B para cierto valor especifico de la velocidad, las fuerzas eléctricas y magnéticas serán iguales en magnitud; por lo tanto, la fuerza total es igual a cero y la partícula viaja en línea recta con una velocidad constante. Para una fuerza total de cero, se requiere que la sumatoria de las fuerzas sea cero y que la sumatoria de los campos sea cero, si despejamos la velocidad obtenemos las partículas para las que no hay desviación:

Es importante acotar, que solo las partículas cuya rapidez son igual a E/B pasan sin ser desviadas por los campos. Cuando se ajustan E y B de manera correcta, se hace posible seleccionar partículas que tengan una rapidez especifica, para así poder usarlas en diversos experimentos. Es importante mencionar, que el selector para cargas positivas, de igual forma funciona para partículas cargadas negativamente. Finalmente es importante resaltar, que algunos electrodomésticos y equipos electrónicos como televisores y monitores de computadoras aplican el principio del movimiento de partículas con carga en campos eléctricos y magnéticos.