Selector de velocidades y espectrómetro de masas

CC BY-SA 4.0

Pedreira, S. -2021

Selector de velocidades y espectrómetro de masas

Considera en el recorrido los elementos que se mueven y haz clic sobre ellos. Para saber dónde se encuentran utiliza el símbolo de la mano que se encuentra arriba a la derecha.

Aplicar el Principio de Inercia y de masa, así como también la Ley de Lorentz y la regla de Fleming.

Estudiar las fuerzas aplicadas sobre las partículas en los dos dispositivos.

Este recurso se propone...

Analizar el funcionamiento de un selector de velocidades y de un espectrómetro de masas.

13. Ecuaciones

7. Fuerza magnética de igual valor que la eléctrica en el S.V.

6. Fuerza magnética de menor valor que la eléctrica en el S.V.

15. Preguntas

14. Trayectorias de partículas con diferente relación m/q

12. Determinación de la relación m/q

11. Diagrama del analizador

10. Principales componentes del E.M.

9. Funcionamiento del E.M.

5. Fuerza magnética de mayor valor que la eléctrica en el S.V.

4. Fuerzas aplicadas sobre la partícula cargada en el S.V.

3. Principales componentes del S.V.

2. Funcionamiento del S.V.

8. Espectrómetro de masas (E.M.)

1. Selector de velocidades (S.V.)

Índice

Selector de velocidades

Es un dispositivo que sirve para elegir partículas cargadas que se mueven a una determinada velocidad.

Funcionamiento del selector de velocidades

Principales componentes de un selector de velocidades

• Placas paralelas cargadas con signo opuesto que generan un campo eléctrico uniforme.
• Campo magnético uniforme (puede ser entrante o saliente).
• La dirección del campo eléctrico es perpendicular a la dirección del campo magnético.

Fuerzas aplicadas sobre la partícula cargada

Ambas a la vez

Fuerza magnética

Fuerza eléctrica

+Info

Fuerza magnética de mayor valor que la fuerza eléctrica

Si la fuerza magnética tiene mayor módulo que la fuerza eléctrica, sobre la partícula actuará una fuerza neta con dirección vertical y sentido hacia arriba.La partícula en este caso no logrará salir del selector de velocidades impactando contra la placa positiva.

Fuerza magnética de menor valor que la fuerza eléctrica

Si la fuerza magnética tiene menor módulo que la fuerza eléctrica, sobre la partícula actuará una fuerza neta con dirección vertical y sentido hacia abajo.La partícula en este caso no logrará salir del selector de velocidades impactando contra la placa negativa.

Fuerzas magnética y eléctrica de igual módulo

Si la fuerza magnética tiene igual módulo que la fuerza eléctrica, la fuerza neta sobre la partícula es nula.La partícula en este caso se moverá con velocidad constante y su valor va a depender de los módulos del campo eléctrico y magnético (en +info encuentras la deducción del valor de la velocidad):

+ Info

Espectrómetro de masas

Es un dispositivo que permite separar iones de una muestra siempre que su relación carga/masa sea diferente. La muestra puede estar formada de diferentes elementos químicos o por isótopos de un mismo elemento.

Funcionamiento del espectrómetro de masas

Modifica la trayectoria de las partículas cargadas de una cierta manera, ejerciendo fuerza sobre ellas producidas por los campos eléctricos y magnéticos, de forma que impacten en el detector.

Principales componentes de un espectrómetro de masas

Registra la carga inducida o la corriente producida cuando un ion pasa cerca o golpea una superficie.

Detector

Ioniza la muestra a analizar.

Analizador de masa

Fuente de ionización

Diagrama del analizador

Se considera para esto cuando el haz de partículas abandona el selector de velocidades.

¿Cómo se determina la relación m/q?

Se analiza la fuerza neta del movimiento: Fuerza magnética, que además es centrípeta.

Velocidad y campo magnético son perpendiculares

Ley de Lorentz

Al igualar las expresiones de la fuerza magnética

Reordenando se obtiene la relación m/q

La fuerza magnética es centrípeta

¿Cómo se determina la relación m/q?

Las partículas describen trayectorias con diferente radio.

Si los iones tienen diferente relación m/q

Puedes responder las preguntas en el orden que desees

Preguntas

1.

Dispositivo en el que la fuerza neta sobre partículas cargadas puede ser nula y por lo tanto se mueven con velocidad constante.

Espectrómetro

Ciclotrón

Selector

En el selector de velocidades la fuerza eléctrica y la magnética tienen sentidos opuestos. Si sus módulos son iguales las partículas cargadas se moverán con velocidad constante.

Correcto

Vuelve a intentar

Diagrama del analizador del espectrómetro de masas

El espectrómetro de masas es un aparato tiene en su diseño una parte en la cual si la fuerza neta sobre las partículas podría ser nula. Pero luego ingresan en una región donde sólo actúa sobre ellas la fuerza magnética. Allí las partículas describen un movimiento circular.

Incorrecto

Vuelve a intentar

Región donde solo actúa la fuerza eléctrica en el ciclotrón

Región donde solo actúa la fuerza magnética en el ciclotrón

El ciclotrón es un acelerador de partículas cargadas, por lo tanto en el ciclotrón la fuerza neta sobre las partículas nunca es nula.

Incorrecto

Falso

Verdadero

En este selector de velocidades, la fuerza magnética que actúa sobre la partícula cargada negativamente es menor que la fuerza eléctrica.

2.

La fuerza magnética y eléctrica que actúan sobre una carga negativa tienen sentidos opuestos que las que actúan sobre una carga positiva.Observar la dirección y sentidos de los campos eléctrico y magnético.

Correcto

Vuelve a intentar

La fuerza magnética y eléctrica que actúan sobre una carga negativa tienen sentidos opuestos que las que actúan sobre una carga positiva.Observar la dirección y sentidos de los campos eléctrico y magnético.

Incorrecto

Falso

Verdadero

En el espectrómetro de masas se utiliza un campo eléctrico para desviar las partículas cargadas para que éstas logren llegar al detector.

3.

En el espectrómetro de masas se utiliza un campo magnético para desviar las partículas cargadas para que logren llegar al detector, no un campo eléctrico.

Correcto

En el espectrómetro de masas se utiliza un campo magnético para desviar las partículas cargadas para que logren llegar al detector, no un campo eléctrico.

Vuelve a intentar

Incorrecto

Falso

Verdadero

Si dos iones de igual carga pero distinta masa entran en el espectrómetro de masas, el que tenga masa mayor describirá una trayectoria de mayor radio.

4.

Los iones con cargas iguales de diferente masa, describirán trayectorias circulares con distinto radio. El ion con mayor masa va a describir una trayectoria de mayor radio, porque el radio es directamente proporcional a la masa del ion.

Correcto

Los iones con cargas iguales de diferente masa, describirán trayectorias circulares con distinto radio. El ion con mayor masa va a describir una trayectoria de mayor radio, porque el radio es directamente proporcional a la masa del ion.

Vuelve a intentar

Incorrecto

Falso

Verdadero

Para determinar la dirección y sentido de la fuerza magnética que actúa sobre una partícula cargada se utiliza la regla de la mano derecha.

5.

No se utiliza la regla de la mano derecha. Para determinar la dirección y sentido de la fuerza magnética sobre una partícula cargada en movimiento se utiliza la Regla de Fleming o regla de la mano izquierda. Donde el dedo pulgar indica la dirección y sentido de la fuerza magnética, el índice la del campo magnético y el mayor la de la velocidad de la partícula.

Vuelve a intentar

Incorrecto

No se utiliza la regla de la mano derecha. Para determinar la dirección y sentido de la fuerza magnética sobre una partícula cargada en movimiento se utiliza la Regla de Fleming o regla de la mano izquierda. Donde el dedo pulgar indica la dirección y sentido de la fuerza magnética, el índice la del campo magnético y el mayor la de la velocidad de la partícula.

Correcto