Espectrómetro de Masas, Ciclotrón y Dinamo: Principios y Aplicaciones

Espectrómetro de Masas: Principios y Funcionamiento

El espectrómetro de masas es un aparato destinado a medir la masa de las partículas cargadas en función del radio que traza cada una al penetrar perpendicularmente en un campo magnético uniforme. Consta de una fuente de iones que produce partículas cargadas, un campo eléctrico que las acelera proporcionándoles energía (S1, S2), un selector de velocidades (P1, P2) que controla la velocidad de las partículas que penetran en la región donde existe un campo magnético uniforme, y un detector que mide el radio de la trayectoria. La distancia entre el punto de impacto y el de inserción al campo magnético es el diámetro de la trayectoria de los iones (R=d/2).

m = (qB/V) x (d/2)

Iones de igual carga pero distinta masa impactan sobre el detector en diferentes puntos, de modo que cuanto mayor sea la masa del ion, mayor será la distancia de impacto.

Selector de Velocidades

Al inyectar las partículas con velocidades diferentes en una región donde hay un campo magnético B y un campo eléctrico E, perpendiculares entre sí y perpendiculares a V, el campo eléctrico desvía las cargas hacia un lado y el campo magnético las desvía hacia el contrario, de modo que solo pasarán sin desviarse las partículas que cumplan la relación (F_e) = (F_m).

(qVsB) = qE

Vs = E/B

Ciclotrón: Aceleración de Partículas

El ciclotrón consta de dos placas semicirculares huecas en forma de D, que se montan con sus bordes diametrales adyacentes dentro de un campo magnético uniforme que es normal al plano de las placas, y se hace el vacío. En las placas se aplican osciladores de alta frecuencia. Durante un semicírculo, el campo eléctrico acelera los iones hacia el interior de uno de los electrodos, donde se les obliga a recorrer una trayectoria circular mediante un campo magnético y, finalmente, aparecerán de nuevo en la región intermedia. El campo magnético se ajusta de modo que el tiempo que se necesita para recorrer la trayectoria semicircular dentro del electrodo sea igual al semiperiodo de las oscilaciones. En consecuencia, cuando los iones vuelven a la región intermedia, el campo eléctrico habrá invertido su sentido y los iones recibirán entonces un segundo aumento de la velocidad al pasar al interior de la otra D.

F_m = q(V x B)

Dinamo: Generación de Electricidad

La dinamo es un generador eléctrico que se utiliza para la transformación del flujo magnético en electricidad mediante el fenómeno de la inducción electromagnética, generando una corriente que es producida cuando un campo magnético creado por un imán atraviesa la bobina colocando en su centro la corriente inducida en esta bobina giratoria alterna, convirtiéndose en continua mediante otros contactos fijos (escobillas) que conectan por frotamiento con los electrodos del colector.

Transformador: Modificación del Voltaje

La corriente alterna se puede transformar con un mínimo de pérdidas energéticas, frente a la corriente continua. Los transformadores pueden variar el voltaje alterno gracias a sus cambios periódicos de flujo magnético. Las variaciones de corriente en un bobinado primario generan una corriente en otro bobinado secundario. Los transformadores se construyen de manera que ambas bobinas estén recorridas por el mismo flujo magnético, por eso usan un núcleo ferromagnético.

E1/E2 = N1/N2

Alternador: Conversión de Energía Mecánica en Eléctrica

Un alternador es una máquina eléctrica capaz de generar energía mecánica en energía eléctrica, generando una corriente alterna mediante inducción electromagnética. Siguen el principio de un conductor sometido a un campo magnético variable, se crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y su valor del flujo que lo atraviesa.