EM2011 Serie de Problemas 02 -Aplicaciones- G 12NL32 SEBASTIAN 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. Espectrómetro de masas El espectrómetro de masas es un instrumento que permite analizar con gran precisión la composición de diferentes elementos químicos, separando los núcleos atómicos en función de su relación masa-carga (m/z). Este dispositivo 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 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. En la figura 1, se puede apreciar la forma en la cual detectan los componentes de un elemento químico mediante un espectrómetro de masas.

Figura 1. Selector de Velocidad El selector de velocidades es una región en la que existe un campo eléctrico y un campo magnético perpendiculares entre sí y a la dirección de la velocidad del ión. En esta región los iones de una determinada velocidad no se desvían.

El campo eléctrico ejerce una fuerza en la dirección del campo. El módulo de dicha fuerza es F e =q·E El campo magnético ejerce una fuerza cuya dirección y sentido vienen dados por el producto vectorial F m =q·v´B, cuyo módulo es F m =q·vB 1 El ión 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 sea igual al cociente entre la intensidad del campo eléctrico y del campo magnético.

Región semicircular A continuación, los iones pasan a la región donde el campo magnético hace que describan trayectorias semicirculares hasta que alcanzan la placa superior en la que quedan depositados. En esta región, el ión experimenta una fuerza debida al campo magnético, cuya dirección y sentido viene dada por el producto vectorial F m =q·v´B, y cuyo módulo es F m =q·vB 2.

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 Magnetrón 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. El funcionamiento del magnetrón de puede ver en la figura 2

Figura 2. Campo Magnético estable. Cátodo caliente emite electrones que viajan hacia el exterior

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. Dispositivo diseñado con lo aprendido en clase. Con las leyes de la física se pueden generar grandes ideas capaces de revolucionar el mundo, todo está en la mente de las personas. El dispositivo que pienso realizar, es un dispositivo muy sencillo, pero que podría ser muy útil: Motor magnético.

Motor magnético. Con la fuerza magnética existente entre los imanes, podríamos generar energía de la siguiente manera: Al colocar una disposición de imanes en una placa la cual tiene un eje de rotación. Si al colocar una disposición de imanes externos a la placa de tal forma que estos se repelan por acción de la fuerza magnética entre ellos, y esta fuerza haga girar la placa alrededor del eje, podríamos generar energía a partir de este movimiento. Con la optimización de un dispositivo que logre aprovechar la fuerza que existe entre los imanes, podríamos generar energía sin contaminación, y con pocos gastos económicos. En la figura 3 se puede apreciar un diseño que podría llegar a moverse alrededor de un eje de rotación, con la fuerza que ejercen los imanes. Cabe resaltar que para que un sistema de estas características funcione, necesitaría un impulso de energía mecánica externa al sistema.