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EM2011
Serie de Problemas 02
-Aplicaciones-
G 10NL21Jessica Hernandez
Universidad Nacional de Colombia
Depto de Física
Mayo 2011
Aplicaciones
1. Dibuje un esquema que ilustre el principio de funcionamiento de un
espectrómetro de masas y explicite dónde están las leyes de Maxwell
El método más exacto y directo para determinar masas atómicas y moleculares es la
espectrometría de masas.
En este, se bombardea una muestra en estado gaseoso con un haz de
electrones de alta energía.
Las colisiones entre los electrones y los átomos (o moléculas) en estado
gaseoso producen iones positivos al liberarse un electrón de cada átomo o
molécula.
Estos iones positivos (de masa m y carga e) se aceleran al pasar entre dos
placas con cargas opuestas. Los iones acelerados son desviados, por un
imán, en una trayectoria circular, El radio de la trayectoria depende de la
relación entre la carga y la masa (es decir, e/m).
Los iones con menor relación e/m describen una curva con mayor radio que
los iones que tienen una relación e/m mayor, de manera que se pueden
separar los iones con cargas iguales pero distintas masas.
La masa de cada ion (y por tanto del átomo o molécula original) se determina
por la magnitud de su desviación.
Por último, los iones llegan al detector, que registra una corriente para
cada tipo de ion. La cantidad de corriente que se genera es directamente
proporcional al número de iones, de modo que se puede determinar la
abundancia relativa de los isótopos.
La relación que existe entre el espectrómetro de masas y las leyes de maxwell
se centra en la tercera ley, la cual tiene que ver con la ley de faraday. Esta ley
dice que el rotacional del campo eléctrico es igual a la tasa de cambio del campo
magnético. Por lo tanto al hacer girar un imán, se crea un campo eléctrico que
hará que los electrones de este den vueltas, o sea tomen una trayectoria
circular, lo cual ayuda a identificar cada elemento.
Aplicaciones
2. Dibuje un esquema que ilustre el principio de funcionamiento de un magnetrón (el
corazón de un horno de microondas) de masas y explicite dónde están las leyes
de Maxwell
Es un tubo electrónico tipo diodo que se emplea para producir los 2450 MHz de
energía de microondas necesarios. Se clasifica como diodo porque no tiene rejilla como
un bulbo ordinario. Crea un campo magnético en el espacio entre el ánodo (la placa), y
el cátodo sirve como rejilla.
Consiste en un cilindro metálico, en el que hay dispuestas de forma radial una serie de
cavidades resonadoras, que se comunican con una cavidad central mayor, en cuyo eje
existe un filamento metálico de titanio.
El cilindro se comporta como ánodo y el filamento central como cátodo. El filamento,
conectado al polo negativo de una fuente de corriente continua, se pone incandescente
y emite electrones por efecto termoiónico. El cilindro se conecta al polo positivo y
atraerá a los electrones. Todo este conjunto se encuentra dispuesto entre los polos de
un potente electroimán.
Por acción de este potente campo magnético, los electrones, en lugar de ir en línea recta
hacia el cilindro, al ser atraídos hacia las cavidades resonadoras, realizan una trayectoria
circular y, al penetrar en ella, se movilizan en remolino.
El espacio abierto entre la placa y el cátodo se llama el espacio de interacción. En este
espacio los campos eléctricos y magnéticos interactúan para ejercer la fuerza sobre los
electrones.
Dado que toda carga eléctrica crea a su alrededor un campo electromagnético,
todos los electrones en movimiento circular en las cavidades resonadoras
producen ondas electromagnéticas –en este caso microondas– perpendiculares
al desplazamiento de los mismos y de una frecuencia dependiente del tamaño
de las cavidades.
La frecuencia no es precisamente controlable, varía con los cambios en la carga,
con cambios en la intersidad, y con la temperatura del tubo. Mediante un cable
coaxial, se transmite la energía a un director o radiador, constituido por una
antena.
Diseño
Basado en la Leyes del electromagnetismo y
resto de información que Usted ha aprendido
en este curso de física diseñe un dispositivo,
aparato, sistema, etc.
PISTA: dele rienda suelta a su imaginación sin MAP.
Observaciones
Esta tarea es para ser entregada en la
semana del 23 al 26.
Grupo 10
Lunes 23 de mayo
Grupo 12
Martes 24 de mayo
Grupo 09
Jueves 26 de mayo