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EM2011
Serie de Problemas 02
-Aplicaciones-
G 12NL8 Diego
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
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El espectrómetro de Bainbridge es un
dispositivo que separa iones que
tienen la misma velocidad. Después de
atravesar las rendijas, los iones pasan
por un selector de velocidades, una
región en la que existen un campo
eléctrico y otro magnético cruzados.
Los iones que pasan el selector sin
desviarse, entran en una región
semicircular
donde
el
campo
magnético les obliga a describir una
trayectoria circular. El radio de la órbita
es proporcional a la masa, por lo que
iones de distinta masa impactan en
lugares diferentes de la placa.
El objetivo del programa consiste en contar el número de isótopos de un
elemento, y hallar sus masas en unidades u.m.a. Para ello, se deberá seleccionar
cuidadosamente la magnitud del campo eléctrico y del campo magnético, y medir
sobre la escala graduada el diámetro de la órbita del ion.
El selector de velocidades
El selector de velocidades es una región en la que existen un campo eléctrico y un
campo magnético perpendiculares entre sí y a la dirección de la velocidad del ion. En
esta región los iones de una determinada velocidad no se desvían.
El campo eléctrico ejerce una fuerza en la dirección del campo cuyo módulo es
El campo magnético ejerce una fuerza cuya dirección y sentido vienen dados por el
producto vectorial
, cuyo módulo es
El ion no se desvía si ambas fuerzas son iguales y de sentido contrario. Por tanto,
atravesarán el selector de velocidades sin desviarse aquellos iones cuya velocidad
venga dada por el cociente entre la intensidad del campo eléctrico y del campo
magnético.
Región semicircular
A continuación, los iones pasan a la región semicircular, donde el campo magnético
hace que describan trayectorias semicirculares hasta que alcanzan la placa superior en
la que quedan depositados.
En la región semicircular el ion experimenta una fuerza debida al campo magnético,
cuya dirección y sentido viene dada por el producto vectorial
, y cuyo módulo es
Aplicando la ecuación de la dinámica del movimiento circular uniforme, hallamos el
radio de la trayectoria circular.
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
El elemento generador de microondas (a frecuencia entre los Mhz
y los Ghz) es el magnetrón. Un magnetrón es una válvula de vacío
que se emplea para generar microondas. Su funcionamiento se
basa en el movimiento de los electrones sometidos a un campo
eléctrico y magnético, éstos describen órbitas circulares y esa
circulación genera oscilaciones de alta frecuencia en cavidades
metálicas. El magnetrón está formado por un cátodo caldeado por
un filamento, un ánodo y un imán que rodea el conjunto.
Generador Eléctrico
Este es un generador eléctrico que
puede encender un pequeño foco
(lamparita). El generador se hace de
un tubo cuadrado de cartón con un
clavo al medio, muchas espiras
(vueltas) de alambre esmaltado
alrededor y unos imanes en el clavo.
Cuando el clavo con los imanes se
hace girar, el foquito se enciende.
COMO TRABAJA
Todos los metales tienen una sustancia llamada "carga eléctrica". Hasta los alambre
sin carga están llenos de esta. Después de todo los átomos tienen electrones. Los
metales son especiales porque sus electrones no se quedan conectados a los átomos,
sino que se mueven dentro del metal y forman un "fluido eléctrico" dentro de los
alambres. Todos los metales están llenos de fluido eléctrico. Los científicos modernos
llaman a este el "océano de electrones" o "gas electrónico". NO es invisible, de hecho
le da a los metales su brillo.
Cuando un alambre se coloca alrededor de un campo magnético y éste último se hace
cambiar o mover, aparece una "presión" llamado voltaje. Este voltaje trata de hacer
que las cargas en el alambre giren en círculos. En otras palabras, los imanes en
movimiento crean corrientes eléctricas en los alambres. Un imán en movimiento
funciona como una bomba de agua, si el circuito no está cerrado ( conectado)
entonces la fuerza de bombeo no producirá un flujo de corriente, pero si el circuito
está completo o cerrado, entonces la acción de bombeo del imán puede forzar a los
electrones en el alambre a circular. Esta es una ley básica de la física y es usada por
todos los generadores con alambres e imanes.
Cuando el circuito se cierra y el imán está en movimiento, las cargas en el metal
fluyen. Las cargas en el filamento del foco son empujadas y se produce una especie de
fricción eléctrica, lo que hace que el filamento se caliente y brille.
Bibliografía
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http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/teoria/A_Franco/elec
magnet/espectrometro/espectro.html
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http://es.wikipedia.org/wiki/Magnetr%C3%B3n
•
http://astronomos.net23.net/radiacionelectromagnetica.html
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http://repositorio.bib.upct.es/dspace/bitstream/10317/260/1/pfc2226.pdf