EM2011 Serie de Problemas 02 -Aplicaciones- G 12NL14ANDRES Universidad Nacional de Colombia Dpto 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 masas, es usado para medir la cantidad de determinado tipo de molécula en una muestra de composición desconocida. Para ello las moléculas son alteradas, para que queden en forma de iones (partículas cargadas), los cuales son disparados en un haz, y son desviados ya sea por un campo magnético o eléctrico. Dependiendo de la desviación de la partícula se puede determinar su relación carga/masa.

Para un espectrómetro que utilice un campo eléctrico, este debe dirigirse en el sentido de la fuerza que se desea aplicar sobre el ion, la fuerza estará dada por la ley de Coulomb. De donde al despejar la relación carga/masa se obtiene que: De las ecuaciones se puede observar que la aceleración e proporcional al campo eléctrico. Además, que cada partícula sale del campo eléctrico con velocidades diferentes Cuando se emplea un campo magnético, las partículas sufren una desviación de su curso debido a la aparición de la fuerza de Lorentz, la cual se define como: Al exponerse al campo magnético, las partículas empiezan a describir un movimiento circular de radio r, donde r es proporcional a la masa, e inversamente proporcional a la carga.

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 Inicialmente, en el magnetrón se hace para una corriente por un filamento, el cual se calienta hasta el punto en el que se empiezan a desprender electrones de su superficie, por efecto termoeléctrico. A su vez, las paredes del compartimiento cilíndrico donde se encuentra el filamento, adquieren un potencial positivo, entonces por ley de Coulomb, aparece una fuerza que impulsa los electrones desde el filamento hacia las paredes. Sin embargo, en los extremos de todo el montaje existen unos imanes permanentes que generan un campo magnético al interior, por lo que cuando los electrones se desplazan hacia las paredes, aparece una fuerza de Lorentz, que hace que los electrones no recorran un camino directo, sino un camino en espiral. Lo que genera un campo eléctrico variando en el tiempo, y por ley de Faraday, se genera un campo electromagnético.

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. Basado en los conceptos aprendidos durante el curso de “Fundamentos de electricidad y magnetismo”, se propone el diseño de una maquina que aproveche los campos magnéticos producidos por los rayos, aplicando la ley de Faraday, induciendo una corriente a una bobina. Una tormenta eléctrica puede proveer una gran cantidad de rayos, los cuales poseen una gran energía expresada en forma de flujo de electrones, es decir, una corriente eléctrica. Por ley de Ampere una corriente eléctrica, produce un campo magnético entorno a la misma, al verse un rayo como una corriente, se deduce que debe producir un intenso campo magnético.

Debido a que los rayos aparecen momentáneamente, los campos magnéticos también lo hacen, es decir, hay un campo magnético variando con el tiempo. Por lo que por ley de Faraday, se puede aprovechar el campo magnético variable, para inducir una corriente en una bobina. La maquina consiste principalmente en una bobina toroidal, ubicada en lo alto de una torre, la cual sufre la corriente inducida, esta corriente se divide y se envía a los transformadores, que ajustan el voltaje al requerido.