EM2011Serie de Problemas 02

-Aplicaciones-

G 09N38 AnamaríaUniversidad Nacional de Colombia

Depto de Física

Mayo 2011

1.Dibuje un esquema que ilustre el principio de funcionamiento de un espectrómetro de masas y explicite dónde están las leyes de Maxwell

Aplicaciones

Aplicaciones

Muestra Ionizada

++++

----

E

1. La muestra que se va a analizar

debe ser ionizada, es decir, se separa en iones cargados

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 COULOMB: Al pasar por un campo eléctrico, los

iones experimentan una fuerza (F = qE)

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3. El haz de iones pasa a través de un campo magnético, lo que

curvará su trayectoria.

LEY DE LORENTZ: Al pasar por un campo magnético, los iones con velocidad v experimentan

una fuerza centrípeta (F = qv x B = mv2/r)

B

Aplicaciones

4. Los iones impactan en diferentes zonas de un

detector dependiendo de su relación masa-carga (m/q) y envía señales a

un computador

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)

5. El computador recibe las señales, calcula la masa de los iones y

cuántos impactan en cada zona. Finalmente,

muestra el espectro.

masa# de

pa

rtícu

las

Aplicaciones2. 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

Cátodo

Ánodo

Imanes

Vacío

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

B

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E. . . .

Convenciones

Aplicaciones3. 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.

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.

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.

• 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).

Diseño