Fundamentos teóricos



    El funcionamiento del espectrómetro de masas (y del ciclotrón) se basa en dos apectos fundamentales, la dinámica de partículas cargadas en el seno de campos eléctricos y magnéticos, es por esto que estudiaremos en primer lugar el comportamiento de dichas partículas cuando reciben la influencia de un campo eléctrico y después en el caso homólogo en un campo magnético para luego explicar el funcionamiento del espectrómetro una vez conocidos los principios en los que está basado.

    -Dinámica de partículas en un campo eléctrico uniforme

    Supongamos una partícula de carga q y masa m conocidas situada en el interior de un campo eléctrico E producido por una diferencia de potencial V entre dos placas conductoras. Considerando a la partícula en reposo aparece sobre ésta una fuerza eléctrica
                  
que, igualando a la expresión de la 2ª Ley de Newton obtenemos

    m*(d2x/dt2) = q*E


de lo cual deducimos que la aceleracion de la partícula debido a la acción del campo eléctrico es

    a = q*E/m

    Esta aceleracion producirá que la partícula, partiendo del reposo, comience a desplazarse en la dirección y sentido del campo eléctrico si consideramos positiva a la carga, esto es, en el sentido en el que el potencial eléctrico entre las dos placas disminuye.
    El potencial eléctrico en función del campo se expresa (siendo el campo paralelo al eje Y) como

         dV = -E*dy

y considerando constante el campo eléctrico, al integrar la ecuación obtenemos que

          0V dV = -0x E*dy →  V = -E*y


  
     -Dinámica de partículas en un campo magnético uniforme


    Supongamos una partícula de las mismas características que en el apartado anterior pero esta vez situada en una region del espacio en la que existe  un campo magnético B y con una velocidad v. Teniendo en cuenta la expresión de la fuerza de Lorentz
                   
y considerando que las direcciones de la velocidad y el campo magnético son perpendiculares, al igualarla a la 2ª Ley de Newton obtenemos

           m*(d2x/dt2) = q*v*B

y, por tanto, la aceleración será

           a = q*v*B/m

    Ahora la fuerza ejercida sobre la partícula será perpendicular a la velocidad lo cual producirá que ésta varíe en dirección pero no en módulo, por lo que, habiendo supuesto que el campo magnético sea perpendicular a la velocidad, la partícula describirá un movimiento circular uniforme, Esto quiere decir que la aceleración obtenida anterirmente es centrípeta por lo que podremos escribirla como

          v2/r = q*v*B/m

y despejando r obtenemos el radio de la circunferencia descrita por la partícula

          r = m*v/q*b






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