EM2011 Serie de Problemas 02 -Aplicaciones- G09NL04FranciscoAlfonso Universidad Nacional de Colombia Depto de Física Mayo 2011

Aplicaciones Dibuje un esquema que ilustre el principio de funcionamiento de un espectrómetro de masas y explicite dónde están las leyes de Maxwell Fuente:http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/magnet/espectrometro.html

Un espectrómetro de masas es un dispositivo que se emplea para separar iones dentro de una muestra que poseen distinta relación carga/masa. La mezcla puede estar constituida por distintos isótopos de una misma sustancia o bien por distintos elementos químicos. Existen distintos modelos de espectrómetros. En la figura anterior se ha representado un esquema de su principio de funcionamiento. Todos los elementos del espectrómetro deben estar en el interior de una cámara de vacío. La muestra gaseosa (situada a la izquierda de la figura) se ioniza mediante un haz de electrones. Los iones positivos son acelerados por un campo eléctrico. Entre las placas aceleradoras existe un campo eléctrico, por lo que los iones experimentarán una fuerza dada por:

A continuación el haz de iones pasa por una zona del espacio donde existe un campo magnético B. La fuerza que el campo magnético hace sobre una carga es: que es perpendicular al campo magnético y al vector velocidad de la carga (en este caso, de los iones positivos). Como la fuerza (representada en verde en la figura) es perpendicular a la trayectoria de los iones, éstos tendrán aceleración normal, y se desviarán describiendo una trayectoria curva. Utilizando la segunda ley de Newton,

Para un valor fijo de la velocidad y del módulo del campo magnético, cuanto menor sea el cociente m/q menor será el radio de curvatura ρ de la trayectoria descrita por los iones, y por tanto su trayectoria se deflactará más. Si la muestra está constituida por isótopos del mismo elemento, todos tendrán la misma carga, pero los que sean más pesados se deflactarán menos. Por tanto, haces de iones de distinta relación carga/masa llegarán a puntos diferentes de un detector, y, en función de la intensidad de las señales que dejan, se determina la abundancia relativa de cada tipo. Fuente: http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/magnet/espectrometro.html

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

Un cátodo cilíndrico ubicado en el centro emite electrones Un cátodo cilíndrico ubicado en el centro emite electrones. A este se suministra una potencia pulsante o continua de muchos miles de voltios (negativo con respecto al ánodo). Rodeado por un ánodo en bloque cilíndrico, separado y aislado del cátodo. El bloque cilíndrico del ánodo tiene múltiples cavidades en forma de canal alrededor del cátodo. En el centro de las cavidades encuentra el cátodo. La longitud de onda de la energía de microondas es de aproximadamente 7,94 veces el diámetro de las cavidades. (Para la frecuencia de 2.45 GHz (12,4 cm) empleadas en un horno de microondas, que esto se traduciría en una cavidades de 15,7 mm de diámetro aproximadamente. eficiencia y éstos son a menudo, tubos de alta potencia (muchos de kilovatios).

Una antena conectada a una de las cavidades del cilindro recoge la energía y la envía a la guía de ondas. Todo el montaje se coloca dentro de un potente campo magnético (varios miles de Gauss en comparación con el campo magnético de la Tierra de alrededor de .5 Gauss). Este suele ser suministrado por imanes permanentes, aunque también se han utilizado electroimanes. La refrigeración del bloque ánodo debe realizarse por aire forzado, el agua o aceite ya que el proceso de generación de microondas tiene sólo alrededor de 60 a 75% de eficiencia y éstos son a menudo, tubos de alta potencia (muchos de kilovatios). Fuente: http://www.comunidadelectronicos.com/articulos/microondas-1.htm#micmagcono

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. Cargador inalámbrico Mi dispositivo lo diseñe pensando en cuan practico es un cargador sin cables, y aprovechando lo aprendido en el curso de física, pensé en como funcionan los transformadores actuales, el cual consiste en un inductor primario que induce una diferencia de potencial a un inductor secundario, por medio del campo magnético producido, todo esto debido a la fuerza de lorentz, y entre ellos hay un “núcleo” el cual favorece el paso del campo magnético, en el laboratorio vimos que la FEM inducida a la bobina secundaria es mayor cuando este esta dentro del primario, aun así el FEM que se transmite al inductor si este esta arriba del primario horizontalmente es aun aprovechable.

Básicamente seria una superficie donde se alojaría el inductor primario, que genera un campo magnético perpendicular a su superficie, y un inductor secundario, con múltiples salidas dependiendo de el tipo de aparato que quisiéramos cargar, y dejar el inductor de manera que el campo magnético generado por el primario lo atraviese. Me parece un dispositivo bastante practico debido a los múltiples aparatos que manejamos a diario aparte de celular, reproductores de música y cámaras, podría incluso cargar computadores portátiles.

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