O Ciclotron

Carga Elétrica e o Campo Magnético

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O Efeito Hall

O Cíclotron

O cíclotron é um instrumento que foi desenvolvido em 1931 pelos físicos Lawrence e Livingston da Universidade da Califórnia, com o propósito de acelerar partículas atômicas carregadas até atingir velocidades próximas a da luz. A teoria envolvida na descrição do funcionamento do cíclotron é bastante simples, como mostraremos a seguir. A parte principal do acelerador é formado por um par de câmaras metálicas em forma de um semi-círculo, algumas vezes denominadas de "D", por causa da sua forma. Em geral os núcleos de hidrogênio (deutérons) são as partículas usadas na aceleração. A fonte desses íons fica localizada perto do ponto médio de separação entre os "dês", os quais são ligados aos terminais de um circuito elétrico com corrente alternada de alta frequência. A aceleração é feita alternando-se, rapidamente, o potencial entre os "dês", algumas milhões de vezes por segundo, de modo que o campo elétrico na separação entre os "dês" seja dirigido primeiro para um e depois para o outro. Este aparelho é construído de forma que não exista campo elétrico no interior dos "dês", este efeito é denominado por blindagem elétrica. No interior dos "dês" é criado um campo magnético intenso e perpendicular a sua superfície, como mostra a Fig.1.

(a) (b)
Fig. 1 - Partícula sendo acelerada em um cíclotron

Considere uma íon de carga +q e massa m, emitido pela fonte de íons, no instante em que D₁ é positivo. O íon é acelerado pelo campo elétrico E entre os "dês" e entra na região sem campo E com uma velocidade v₁. Como seu movimento é perpendicular ao campo magnético uniforme, ele descreverá uma trajetória circular devido a força magnética sobre q. De acordo com a força de Lorentz, temos que;

(1)

sendo a aceleração partícula, m a sua massa e a sua velocidade. Com isto podemos calcular;

A velocidade angular (constante)
Força Centrípeta
Raio de Curvatura
freqüência de ciclotron que é dada por

No caso do ciclotron, o campo elétrico aplicado na partícula é gerado por uma diferença de potencial da forma V = V_o sen(w t). Isto garante que o elétron seja acelerado toda vez que passar pela reagião entre os "dês". Ele será acelerado por uma força elétrica igual F = q E, onde E é o campo elétrico.
Estes resultados podem explicar também outros fenômenos tais como, penetração de raios cósmicos na atmosfera, o espectrômetro de massa, as lentes magnéticas e os espelhos magnéticos.

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