EM2011 Serie de Problemas 02 -Aplicaciones- G 12NL36 Ian Sarasty Medina Universidad Nacional de Colombia Depto de Física Mayo 2011.

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1 EM2011 Serie de Problemas 02 -Aplicaciones- G 12NL36 Ian Sarasty Medina Universidad Nacional de Colombia Depto de Física Mayo 2011

2 Aplicaciones 1.Dibuje un esquema que ilustre el principio de funcionamiento de un espectrómetro de masas y explicite dónde están las leyes de Maxwell

3 En términos generales, moléculas diversas tienen masas diversas, hecho utilizado por un espectrómetro de masas para determinar qué moléculas están presentes en una muestra. Por ejemplo, se vaporiza sal de mesa (NaCl) y se analizan los iones en la primera parte del espectrómetro de masa. Esto produce iones del sodio e iones del cloro que tienen pesos moleculares específicos. Estos iones también tienen una carga, que significa que debido a ella tendrán movimiento bajo influencia de un determinado campo eléctrico.NaClcampo eléctrico Estos iones se envían a un compartimiento de aceleración y se pasan a través de una lámina metálica. Se aplica un campo magnético a un lado del compartimiento que atrae a cada uno de los iones con la misma fuerza (suponiendo carga idéntica) y se los desvía sobre un detector. Naturalmente, los iones más ligeros se desviarán más que los iones pesados porque la fuerza aplicada a cada ion es igual pero los iones ligeros tienen menos masa. El detector mide exactamente cuán lejos se ha desviado cada ion y, a partir de ese dato se calcula el "cociente masa por unidad de carga". Con esta información es posible determinar con un alto nivel de certeza cuál es la composición química de la muestra original. El espectrómetro de masas tiene tres componentes fundamentales: La fuente de iones es el elemento del espectrómetro que ioniza el material a ser analizado (el analito). Luego los iones son transportados por los campos magnéticos o eléctricos al analizador total.analito

4 Analizador de masa El analizador de masa es la pieza más flexible del espectrómetro de masa. Utiliza un campo eléctrico o magnético para afectar la trayectoria o la velocidad de las partículas cargadas de una cierta manera. La fuerza ejercida por los campos eléctricos y magnéticos es definida por la fuerza de Lorentz:fuerza de Lorentz donde E es la fuerza del campo eléctrico, B es la inducción del campo magnético, q es la carga de la partícula, v es su velocidad y x simboliza el producto cruz o producto vectorial.campo eléctricocampo magnético Detector El elemento final del espectrómetro total es el detector. El detector registra la carga inducida o la corriente producida cuando un ion pasa cerca o golpea una superficie. En un instrumento de exploración la señal es producida en el detector durante la trayectoria de la misma (masa/carga) y producirá un espectro de masa, un expediente del registro de masa/carga en el cual los iones están presentes. Típicamente, se utiliza un cierto tipo de multiplicador de electrones (electro multiplicador), aunque se han empleado otros detectores (como las tazas de Faraday).tazas de Faraday

5 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

6 Un magnetrón es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía electromagnética en forma de microonda. El magnetrón tiene un filamento metálico de titanio que, al hacerle circular una corriente eléctrica, se calienta y produce una nube de electrones a su alrededor. Este filamento se encuentra en una cavidad cilíndrica de metal que al aplicarle un potencial positivo de alto voltaje con respecto al filamento, éste atrae a las cargas negativas. Viajarían en forma radial, pero un campo magnético aplicado por sendos imanes permanentes obligan a los electrones a girar alrededor del filamento en forma espiral para alcanzar el polo positivo de alto voltaje. Al viajar en forma espiral, los electrones generan una onda electromagnética perpendicular al desplazamiento de los mismos, que es expulsada por un orificio de la cavidad como guía de onda. Normalmente, para que los imanes permanentes no dejen de funcionar por alcanzar la temperatura de Curie, los magnetrones industriales se enfrían con agua, o en su defecto, con un sistema de dispersión que consiste en aspas metálicas, que a la vez filtran las ondas electromagnéticas producidas, gracias al principio de resonancia.energía eléctricaenergía electromagnéticamicroondafilamentotitaniocorriente eléctrica electronescampo magnéticoimanesonda electromagnéticatemperatura de Curieresonancia

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8 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.

9 Sistema de multifuerza magnética.

10 Crear un sistema que conste de una o varias barras y una base que funcionan como imanes que generan un campo magnético que puede ser graduado de acuerdo a las necesidades del usuario. El campo generado por los instrumentos podría ser direccionado y re direccionado para cambiar la magnitud ejercida sobre la barra que sostiene la persona, permitiendo la realización del ejercicio basado en el sistema piramidal (que va aumentando el peso y disminuyendo el número de repeticiones con forme sea el progreso del deportista). El sistema en pocas palabras simularía la fuerza gravitacional ejercida sobre cualquier cuerpo con la diferencia de que se puede graduar su intensidad y hasta su dirección.