Solenoide, espectrómetro de masas y ciclotrón: principios y fenómenos de inducción
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Solenoide
Un solenoide o bobina está formado por un hilo conductor enrollado formando N espiras casi circulares (la densidad de vueltas es muy elevada).
Espectrómetro de masas
El espectrómetro de masas consta de una cámara de ionización donde se producen iones de cierta sustancia, una región donde se aceleran estos iones mediante un campo eléctrico y otra región en donde se desvían los iones mediante un campo magnético.
En la cámara de ionización se ionizan diferentes isótopos de un mismo elemento químico. Los iones obtenidos tienen diferentes masas, pero igual carga eléctrica. Estos iones, inicialmente en reposo, son acelerados mediante una diferencia de potencial ΔV. El incremento de energía cinética de los iones es igual a su pérdida de energía potencial eléctrica: (1/2) m v² = q ΔV.
Los iones penetran perpendicularmente en un campo magnético uniforme B. En esta región describen órbitas circulares de radio R. Cuanto mayor es la masa del isótopo, más grande es el radio de su trayectoria. La relación entre el radio y las magnitudes físicas viene dada por R = m v / (q B).
Ciclotrón
El ciclotrón consta de dos recipientes metálicos semicirculares llamados D1 y D2 (comúnmente denominados dees), colocados perpendicularmente a un campo magnético uniforme B. Las dos "dees" están separadas una cierta distancia y se mantienen a una diferencia de potencial ΔV que cambia de polaridad con un periodo T. En el centro del ciclotrón existe una fuente de iones S. Los iones inyectados se mueven por el interior de las "dees", donde se ha practicado el vacío, describiendo semicircunferencias de radio cada vez mayor y aumentando su velocidad a cada vuelta (R = m v / (q B)).
Fenómenos de inducción
Aquello que puede cambiar:
- El propio campo magnético: el campo B cambia con el tiempo (dB/dt). Con un dispositivo como el anterior, es suficiente que la intensidad de corriente sea variable. Si la corriente I1 cambia con el tiempo, produce un campo B también variable; se produce corriente en el circuito 2.
- El área del circuito: el desplazamiento de la barra transversal sobre la horquilla conductora aumenta el área del circuito, produciendo la aparición de una corriente I. Si cambia el área, hay corriente inducida.
- La posición relativa del circuito respecto a las líneas del campo magnético: por ejemplo, acercando o alejando el imán (o moviendo el circuito) se crean corrientes en la espira.