Selector de velocidades y espectrómetro de masas
Pedreira, S. -2021
CC BY-SA 4.0
Este recurso se propone...
Analizar el funcionamiento de un selector de velocidades y de un espectrómetro de masas.
Estudiar las fuerzas aplicadas sobre las partículas en los dos dispositivos.
Aplicar el Principio de Inercia y de masa, así como también la Ley de Lorentz y la regla de Fleming.
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.
Índice
1. Selector de velocidades (S.V.)
8. Espectrómetro de masas (E.M.)
2. Funcionamiento del S.V.
9. Funcionamiento del E.M.
10. Principales componentes del E.M.
3. Principales componentes del S.V.
4. Fuerzas aplicadas sobre la partícula cargada en el S.V.
11. Diagrama del analizador
5. Fuerza magnética de mayor valor que la eléctrica en el S.V.
12. Determinación de la relación m/q
13. Ecuaciones
6. Fuerza magnética de menor valor que la eléctrica en el S.V.
14. Trayectorias de partículas con diferente relación m/q
7. Fuerza magnética de igual valor que la eléctrica en el S.V.
15. Preguntas
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
Fuerza magnética
Ambas a la vez
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
Principales componentes de un espectrómetro de masas
Analizador de masa
Detector
Fuente de ionización
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.
Registra la carga inducida o la corriente producida cuando un ion pasa cerca o golpea una superficie.
Ioniza la muestra a analizar.
Diagrama del analizador
¿Cómo se determina la relación m/q?
Se considera para esto cuando el haz de partículas abandona el selector de velocidades.
Se analiza la fuerza neta del movimiento: Fuerza magnética, que además es centrípeta.
¿Cómo se determina la relación m/q?
Ley de Lorentz
Velocidad y campo magnético son perpendiculares
Al igualar las expresiones de la fuerza magnética
La fuerza magnética es centrípeta
Reordenando se obtiene la relación m/q
Si los iones tienen diferente relación m/q
Las partículas describen trayectorias con diferente radio.
Preguntas
Puedes responder las preguntas en el orden que desees
Selector
Dispositivo en el que la fuerza neta sobre partículas cargadas puede ser nula y por lo tanto se mueven con velocidad constante.
1.
Espectrómetro
Ciclotrón
Correcto
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.
Incorrecto
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.
Diagrama del analizador del espectrómetro de masas
Vuelve a intentar
Incorrecto
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.
Región donde solo actúa la fuerza eléctrica en el ciclotrón
Vuelve a intentar
2.
En este selector de velocidades, la fuerza magnética que actúa sobre la partícula cargada negativamente es menor que la fuerza eléctrica.
Verdadero
Falso
Correcto
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
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.
Vuelve a intentar
3.
Verdadero
En el espectrómetro de masas se utiliza un campo eléctrico para desviar las partículas cargadas para que éstas logren llegar al detector.
Falso
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.
Incorrecto
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
4.
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.
Falso
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.
Incorrecto
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
5.
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.
Falso
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.
Vuelve a intentar
Correcto
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.
Selector de velocidades y espectrómetro de masas
silvia.pedreira
Created on October 20, 2021
Recurso interactivo que se propone introducir en el funcionamiento de un selector de velocidades y un espectrómetro de masas. Trata sobre algunos aspectos teóricos de la Física en los que se basan a través de imágenes y videos y contiene preguntas..
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Selector de velocidades y espectrómetro de masas
Pedreira, S. -2021
CC BY-SA 4.0
Este recurso se propone...
Analizar el funcionamiento de un selector de velocidades y de un espectrómetro de masas.
Estudiar las fuerzas aplicadas sobre las partículas en los dos dispositivos.
Aplicar el Principio de Inercia y de masa, así como también la Ley de Lorentz y la regla de Fleming.
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.
Índice
1. Selector de velocidades (S.V.)
8. Espectrómetro de masas (E.M.)
2. Funcionamiento del S.V.
9. Funcionamiento del E.M.
10. Principales componentes del E.M.
3. Principales componentes del S.V.
4. Fuerzas aplicadas sobre la partícula cargada en el S.V.
11. Diagrama del analizador
5. Fuerza magnética de mayor valor que la eléctrica en el S.V.
12. Determinación de la relación m/q
13. Ecuaciones
6. Fuerza magnética de menor valor que la eléctrica en el S.V.
14. Trayectorias de partículas con diferente relación m/q
7. Fuerza magnética de igual valor que la eléctrica en el S.V.
15. Preguntas
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
Fuerzas aplicadas sobre la partícula cargada
Fuerza magnética
Ambas a la vez
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
Principales componentes de un espectrómetro de masas
Analizador de masa
Detector
Fuente de ionización
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.
Registra la carga inducida o la corriente producida cuando un ion pasa cerca o golpea una superficie.
Ioniza la muestra a analizar.
Diagrama del analizador
¿Cómo se determina la relación m/q?
Se considera para esto cuando el haz de partículas abandona el selector de velocidades.
Se analiza la fuerza neta del movimiento: Fuerza magnética, que además es centrípeta.
¿Cómo se determina la relación m/q?
Ley de Lorentz
Velocidad y campo magnético son perpendiculares
Al igualar las expresiones de la fuerza magnética
La fuerza magnética es centrípeta
Reordenando se obtiene la relación m/q
Si los iones tienen diferente relación m/q
Las partículas describen trayectorias con diferente radio.
Preguntas
Puedes responder las preguntas en el orden que desees
Selector
Dispositivo en el que la fuerza neta sobre partículas cargadas puede ser nula y por lo tanto se mueven con velocidad constante.
1.
Espectrómetro
Ciclotrón
Correcto
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.
Incorrecto
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.
Diagrama del analizador del espectrómetro de masas
Vuelve a intentar
Incorrecto
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.
Región donde solo actúa la fuerza eléctrica en el ciclotrón
Vuelve a intentar
2.
En este selector de velocidades, la fuerza magnética que actúa sobre la partícula cargada negativamente es menor que la fuerza eléctrica.
Verdadero
Falso
Correcto
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
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.
Vuelve a intentar
3.
Verdadero
En el espectrómetro de masas se utiliza un campo eléctrico para desviar las partículas cargadas para que éstas logren llegar al detector.
Falso
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.
Incorrecto
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
4.
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.
Falso
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.
Incorrecto
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
5.
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.
Falso
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.
Vuelve a intentar
Correcto
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.