EM2011Serie de Problemas 02

-Aplicaciones-

G 09NL27YEINSONUniversidad 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

Principio de funcionamiento:

Definición:Un espectrómetro de masas es un equipo diseñado para determinar masas atómicas y moleculares por medio de separación de iones, estableciendo así, el tipo o los tipos de sustancia o elementos químicos de los cuales esta constituida la muestra analizada.

1) Ionización por medio de haz de electrones

2) Aceleración de iones por medio de un campo magnético

3) Sometimiento de los iones a la fuerza de un campo magnético

quien hará las veces de filtro

4) Nueva dirección de los iones desviados, después de una

trayectoria curva

5) Determinación de elementos según la deflexión de la trayectoria de cada ion(1)

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ESPECTRÓMETRO DE MASASPresencia de las leyes de Maxwell

1) Elementos al vacio

2) Ley de Coulomb:F = qE

3) Ley de Lorentz:F = qv x B

1) Todos los elementos en el interior del espectrómetro deben estar al vacio2) Aceleración de iones positivos debido a la presencia de un campo eléctrico entre las

placas (Ley de Coulomb)3) Paso del haz de iones por medio de un campo magnético, sometiendo a los iones a su

fuerza, que es perpendicular a la trayectoria de los mismos consiguiendo desviarlos bajo la regla de la mano derecha (Ley de Lorentz).

4) Aquí se aplica la Dinámica de movimiento circular uniforme para determinar la desviación del ion en función del cociente de su masa y su carga eléctrica (m/q). (Segunda ley de Newton)

4) Segunda ley de Newton:F = qvB = m(v2/r)→ r = mv2/ qvB

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

MAGNETRONEs el principal componente en el funcionamiento del horno microondas; toma los cerca de 4000V DC que generan el transformador y el capacitor en el interior del horno y los convierte en ondas electromagnéticas de alta densidad.

Se crea una diferencia de potencial entre

ánodo y cátodo

Entrada de 4000V DC

Se crea una diferencia de potencial entre ánodo y cátodo que genera un campo eléctrico

Imanes que añaden un campo magnético que hace que los electrones viajen de ánodo

a cátodo en una trayectoria helicoidal

Este movimiento helicoidal genera

un campo eléctrico variable

Las cavidades semicilíndricas generan una onda resonante que

amplifica el campo generado por el electrón

Radioemisión de altísima frecuencia por superposición

de todos los efectos

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1) Ley de Coulomb:E = F/q

2) Ley de Lorentz:F = qv x B

2) Ley de Lorentz:F = qv x B

Diseño3. 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.

Construí dos esquemas con los que demostraré la aplicación de la Ley de Lorenzt; estos, construidos con alambre, una batería y un imán de Neodimio tendrán una estructura con la que se podrá hacer interactuar el campo eléctrico y el campo magnético, consiguiendo así generar un movimiento rotacional con lo que podría ser utilizado como un motor.