EM2011 Serie de Problemas 02 -Aplicaciones-

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1 EM2011 Serie de Problemas 02 -Aplicaciones-
G 09N38 Anamaría 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 Aplicaciones 1. La muestra que se va a analizar debe ser ionizada, es decir, se separa en iones cargados LEY DE COULOMB: Al pasar por un campo eléctrico, los iones experimentan una fuerza (F = qE) 3. El haz de iones pasa a través de un campo magnético, lo que curvará su trayectoria. E Muestra Ionizada ++++ ---- B 2. Los iones pasan por unas placas con una gran diferencia de potencial y se aceleran ya que se ven afectadas por un campo eléctrico LEY DE LORENTZ: Al pasar por un campo magnético, los iones con velocidad v experimentan una fuerza centrípeta (F = qv x B = mv2/r)

4 LEY DE LORENTZ: Si despejamos el radio de curvatura tenemos que
Aplicaciones LEY DE LORENTZ: Si despejamos el radio de curvatura tenemos que R = mv/qB, por lo que a mayor masa, el radio de curvatura será mayor (se desviarán más de la trayectoria original) # de partículas masa 4. Los iones impactan en diferentes zonas de un detector dependiendo de su relación masa-carga (m/q) y envía señales a un computador 5. El computador recibe las señales, calcula la masa de los iones y cuántos impactan en cada zona. Finalmente, muestra el espectro.

5 Aplicaciones 2. Dibuje un esquema que ilustre el principio de funcionamiento de un magnetrón (el corazón de un horno de microondas) y explicite dónde están las leyes de Maxwell Imanes Cátodo Vacío Ánodo

6 Aplicaciones 1. Cuando se aplica una diferencia de potencial al magnetrón, los electrones del cátodo irán hacia el ánodo debido al campo eléctrico que se genera entre ellos. Esto ocurre por LEY DE COULOMB 2. Al mismo tiempo, los imanes generan un campo magnético. La trayectoria de los electrones cambiará por la FUERZA DE LORENTZ, haciendo que se muevan en forma de espiral Convenciones E B

7 Aplicaciones 3. El movimiento de los electrones genera una variación en el campo eléctrico que, por LEY DE FARADAY, produce un campo magnético. La propagación de estos campos son ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias 4. Las cavidades semicilíndricas que están en el ánodo ayudan a generar un efecto de resonancia que permite “seleccionar” las ondas con una frecuencia y longitud de onda determinada: las microondas. El resto son amortiguadas.

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. Mi dispositivo es un recipiente que permita calentar su contenido en el momento que se requiera, por ejemplo, para llevar comida a cualquier lugar y poder calentarla incluso sin contar con un microondas u otro tipo de horno.

9 Diseño El recipiente tendría en el fondo un circuito similar al mostrado arriba: un capacitor conectado a un resistor y un interruptor que impida que se descargue antes de tiempo.

10 Diseño El capacitor se cargaría conectándolo a una fuente de tensión con anticipación. Al desconectarlo, es indispensable que el interruptor impida el paso de la corriente para evitar que el capacitor se descargue antes de tiempo. Al momento de necesitar calentar el contenido del recipiente simplemente se conecta el circuito (se “enciende” el interruptor) y se deja descargar el capacitor. Mientras esto sucede, hay una corriente pasando por el resistor, lo que genera calor según la Ley de Joule. Es el principio detrás de los hornos convencionales así que con la resistencia adecuada, el recipiente funcionaría de manera similar a un horno (sólo que portatil).