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

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 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. El selector de velocidades

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.trayectorias semicirculares 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. Región semicircular

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 magnet/espectrometro/espectro.html magnet/espectrometro/espectro.html