Entre las múltiples aplicaciones de los campos magnéticos relativas a su interacción con partículas cargadas pueden destacarse dos, seleccionadas por su simplicidad de estudio e importancia en campos tan diversos como la física de altas energías o el estudio de la naturaleza de la materia:

1. Aceleradores de partículas

Imagen 17. Jquilez Permiso uso educativo

Se trata de un dispositivo que permite acelerar partículas cargadas hasta conseguir grandes valores de energía cinética. El primer dispositivo de este tipo se denominó ciclotrón y consistía en dos regiones conductoras huecas con forma de D, conectadas a un generador de corriente alterna y situadas bajo un campo magnético uniforme perpendicular a ellas, tal y como se muestra en la imagen.

Cuando se inyecta en el centro del ciclotrón una partícula cargada, esta penetrará dentro de uno de los sectores en forma de D debido a la diferencia de potencial establecido por el generador y, tal y como habíamos visto, el periodo de rotación de una partícula cargada en el interior de un campo magnético uniforme es independiente del radio y de la velocidad:

Cuando estas partículas cargadas se introducen en el ciclotrón, son aceleradas con un voltaje alterno de frecuencia exactamente igual a , de ahí el nombre del dispositivo. A cada mitad de vuelta la "D" contraria cambia de polaridad dando un nuevo impulso y comunicando a la partícula energía, aumentando su velocidad hasta el valor deseado, que es función del radio del ciclotrón según la expresión:

donde q y m son la carga de la partícula y su masa respectivamente, B el valor del campo magnético y r la distancia al centro del ciclotrón.

Debido a la importancia de los efectos relativistas a altas velocidades, estos dispositivos fueron mejorados en la década de los 50 dando lugar a los denominados sincrotrones, como el ALBA, de reciente construcción en Barcelona.

2. Espectrógrafo de masas

Permite, entre otras funciones, averiguar la masa de los distintos isótopos presentes en una muestra de un elemento. Aprovechando que en un campo magnético uniforme perpendicular a la trayectoria de movimiento, una partícula cargada describe un movimiento circular, a igualdad de velocidades y de carga (lo que se consigue ionizando el elemento en cuestión), el radio de la trayectoria será directamente proporcional a su masa, describiendo círculos de radio mayor cuanto mayor sea la masa del mismo. Expresado en forma matemática, según vimos en la parte correspondiente al movimiento de partículas cargadas:   Así pues, si hacemos incidir estos elementos sobre una placa tal y como se muestra en el esquema, podremos encontrar una estimación de la masa relativa sin más que medir el radio de la circunferencia descrita.

Imagen 18. Angel Franco García Permiso uso educativo