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Espectrómetro de masas - Contenido educativo

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Subido el 28 de marzo de 2021 por Àngel Manuel G.

111 visualizaciones

En este vídeo descubrimos el funcionamiento de un espectrómetro de masas, un dispositivo que nos permite separar las partículas cargadas en función de su relación carga/masa.

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en este vídeo vamos a describir el funcionamiento de un dispositivo que se 00:00:04
conoce como espectrómetro de masas este dispositivo contiene 00:00:08
una apertura por la cual haremos pasar una partícula y a la derecha de esta 00:00:14
apertura colocamos un campo magnético que en este caso lo voy a poner hacia 00:00:22
adentro este es nuestro campo magnético que hay en esta región de la derecha 00:00:28
nosotros cogemos una partícula que por ejemplo va a tener carga negativa y la 00:00:36
hacemos pasar por esta apertura con una cierta velocidad 00:00:46
en este caso gracias a la ley de lorenz nosotros sabemos que va a sentir una 00:00:51
velocidad que viene dada por la carga el producto 00:00:57
una velocidad no una fuerza magnética que viene dada por la carga producto 00:01:02
vectorial de la velocidad por el campo. Pues bien, si hacemos el producto vectorial de la 00:01:06
velocidad y el campo observamos que la velocidad de la derecha del campo hacia adentro nos sale 00:01:13
una fuerza hacia arriba pero como la carga es negativa nos sale una fuerza resultante hacia 00:01:17
abajo. La fuerza que va a sentir esta partícula es entonces hacia acá. Pues bien, esa fuerza sabemos 00:01:22
que se traduce en una aceleración, es decir, en un cambio de la velocidad. Al cabo de un rato esta 00:01:32
partícula va a estar aquí con una velocidad como ésta y en ese caso si 00:01:37
hacemos ahora la regla de la mano derecha 00:01:44
observaremos que de aquí hacia el campo no sale una fuerza hacia allá pero como 00:01:47
es negativa al revés veremos una fuerza hacia acá que nos va a traducir de nuevo 00:01:52
en un cambio de la velocidad y ahora la partícula va a estar aquí con una 00:02:00
velocidad como ésta y si ahora llevamos la velocidad hacia el campo no puedo 00:02:06
hacerlo bien pero si nos sale hacia la derecha pero como es negativa hacia la 00:02:12
izquierda ya estamos observando que la fuerza es todo el rato perpendicular a 00:02:16
la velocidad esto es característico de los movimientos circulares uniformes 00:02:25
entonces vemos que esta carga dentro de este campo magnético va a describir un 00:02:30
movimiento que es un movimiento circular uniforme y va a tener por lo tanto un 00:02:35
radio de giro si la partícula fuese positiva haría también un círculo pero 00:02:42
hacia arriba veamos si podemos determinar este radio 00:02:48
para determinar este radio vamos a aplicar la ley fundamental de la 00:02:52
dinámica que nos dice que la fuerza resultante que actúa sobre un cuerpo es 00:02:56
es la masa por la aceleración. ¿Qué fuerza está actuando sobre este cuerpo? Únicamente la fuerza 00:03:01
magnética y ya hemos visto que efectivamente se transforma toda en aceleración centrípeta, 00:03:08
es decir, aceleración que va hacia el centro del giro. Entonces el módulo de esta fuerza que será 00:03:14
el valor absoluto de la carga por el módulo de la velocidad por el campo magnético y por el seno 00:03:22
de 90 grados porque la velocidad y el campo son perpendiculares, el seno de 90 es 1 así 00:03:30
que ya no lo escribo, me lo voy a escribir por el seno de 90 grados que es 1 y esto tiene 00:03:34
que ser igual a la masa por la aceleración centrípeta que es la velocidad al cuadrado 00:03:43
entre el radio de curvatura. Observamos que tenemos una velocidad repetida pero que podemos 00:03:51
despejar el radio y encontrar que es masa por velocidad entre el valor absoluto de la 00:03:58
carga y el campo. Este sería el radio que describiría esta partícula dentro de nuestro 00:04:11
campo magnético. Podemos observar que depende tanto de la masa como de la carga de la partícula. 00:04:21
si nosotros conocemos uno de estos dos valores podemos determinar el otro 00:04:27
pero si no conocemos ninguno de ellos aún así este experimento nos sirve para determinar 00:04:31
la relación entre la masa y la carga de las partículas 00:04:37
por ejemplo si hacemos la masa del electrón dividido entre el valor absoluto de la carga del electrón 00:04:40
observaremos que es 5,686 por 10 elevado a menos 12 kilogramos entre coulomb 00:04:49
si hacemos ahora la masa del protón 00:05:02
hacemos el mismo experimento con un protón 00:05:06
simplemente observaremos que sube hacia arriba 00:05:07
pero el radio cambiará 00:05:09
porque ahora el valor absoluto de la carga del protón 00:05:12
que es el mismo que el valor absoluto de la carga del electrón 00:05:15
porque solo se diferencian en el signo 00:05:17
tendremos esta relación de aquí que es 1,044 por 10 elevado a menos 8 kilogramos por coulomb 00:05:19
si ahora hacemos el cociente entre estas dos observaremos que el protón es bastante más pesado que el electrón 00:05:31
concretamente 1836 veces más pesado 00:05:42
Y para esto sirve, por ejemplo, para otras cosas también, un espectrómetro de masas. 00:05:47
Podemos después relacionar esto con otros parámetros del movimiento circular. 00:05:54
Por ejemplo, podríamos encontrar la velocidad angular de esta partícula, que sería la velocidad dividida entre el radio. 00:05:58
podríamos encontrar el periodo de rotación de esta partícula 00:06:08
que será 2pi dividido entre la velocidad angular 00:06:15
podríamos encontrar la velocidad necesaria para encontrar un cierto radio 00:06:20
y muchas otras relaciones entre todas estas magnitudes 00:06:24
y este es el funcionamiento del espectrómetro de masas 00:06:29
Valoración:
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Idioma/s:
es
Autor/es:
Àngel M. Gómez Sicilia
Subido por:
Àngel Manuel G.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial - Compartir igual
Visualizaciones:
111
Fecha:
28 de marzo de 2021 - 19:05
Visibilidad:
Público
Duración:
06′ 38″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1920x1080 píxeles
Tamaño:
218.00 MBytes

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