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Acção de campos magnéticos sobre cargas em movimento e corre

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by

Beatriz Frazão

on 19 May 2014

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Transcript of Acção de campos magnéticos sobre cargas em movimento e corre

> Espetrómetro de massas
>Ciclotrão, um acelerador de partículas

Espetrómetro de Massas
O primeiro espectrómetro de massas foi idealizado por J.J. Thomson. Este físico fez uma experiência que permitiu entender melhor o funcionamento de um espetrómetro de massas.

Ora vejamos . . .
Acção de campos magnéticos sobre cargas em movimento e correntes elétricas
Thomson mostrou que os raios num tubo de raios catódicos eram desviados por campos elétricos e magnéticos e, por isso, eram constituídos por partículas carregadas.
Observando o desvio destes raios, com diversas combinações de campos elétricos e magnéticos, Thomson foi capaz de provar que todas as partículas tinham a mesma razão entre a carga e a massa (q/m) e de medir esta razão.
Mostrou que as partículas com esta carga específica podiam ser obtidas usando-se qualquer material no cátodo, o que significava que estas partículas, que agora se denominam de eletrões, são um dos constituintes fundamentais de toda a matéria.
O primeiro espectrómetro de massas foi o anterior idealizado por Thomson, mas houve outros investigadores que introduziram modificações e que o melhoraram.
Posto isto, um espetrómetro de massas é um aparelho usado para separar átomos e moléculas de acordo com as respetivas massas, tendo estes de ser previamente ionizados. As medições feitas com estes equipamentos permitem determinar não só a existência de isótopos como as respetivas abundâncias na Natureza.
Espetrómetro de massas
Funcionamento de um espetrómetro de massas
Zona 1
Nesta zona existe apenas um campo elétrico uniforme, criado por uma diferença de potencial estabelecida entre duas lâminas metálicas. Cada uma delas possui um orificio para deixar passar o feixe de iões proveniente da fonte. Neste campo, cada carga fica sujeita à força elétrica que se desloca de uma placa para a outra no sentido do campo.
Zona 2
Nesta zona coexistem dois campos:

> um campo elétrico, onde os iões ficam seitos a uma força que os poderá acelerar, descrevendo assim uma trajétoria nao retilinea.

> um campo mangéntico, que submete os iões a uma força magnética. Este diapositivo é chamado de seletor de velocidades porque impõe que só os iões com a velocidade : v = E/B passaem.
Zona 3
Nesta zona so existe um campo magético. os iões descrevem, sob a sua ação, trajetórias circulares de raios diferentes consoante as suas massas.
O QUE FEZ?

QUAL A IMPORTÂNCIA QUE TEVE?

O QUE PERMITUI ESTA EXPERIÊNCIA EXPLICAR?
Aplicação do espetrómetro de massas
Os químicos usam os espetrómetros de massas para identificar moléculas desconhecidas. Este método tem diversas aplicações tais como controle de alimentos e medicamentos, controle de qualidade dos meios utilizados na produçao in vitro de embriões, detecção de dopping, identificação de zonas lesadas do organismo, reciclagem e posterior reutilização do cobre metálico, contaminação ambiental, etc.
O ciclotrão - um acelerador de partículas
A construção do primeiro ciclotrão foi elaborada por Ernest Lawrence, em 1932, pela qual mereceu o Prémio Nobel em 1939.
O ciclotrão é considerado um acelerador de partículas, que permite que partículas carregadas com energia muito elevada colidam com núcleos atómicos ou umas com as outras, fragmentando-se. Tem a forma de uma caixa cilíndrica, dividida em duas câmaras, em forma de D.
O ciclotrão como acelerador de partículas
O ciclotrão
O que acontece num acelerador de partículas ?
Inicialmente as partículas carregadas são injetadas com pequena velocidade, entrando num dos “D”, encontrando-se este com um potencial mais elevado do que o outro. Aí atua um campo magnético muito intenso, que impõe trajetórias circulares às partículas (Fig.1). Percorrem, então, uma trajetória semicircular até que saem desse “D”.
Entre as duas câmaras existe um campo elétrico, criado pelo estabelecimento de uma diferença de potencial que vai inverter o seu sinal na passagem das partículas de um “D” para o outro.
Quando a partícula sai de um “D”, a alternância do potencial é ajustada de maneira que o outro “D” passe a ter maior potencial e que a velocidade da partícula aumente, ganhando energia cinética. Aumentando a velocidade as sucessivas trajetórias terão raios cada vez maiores.
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/animaciones_files/ciclotron.swf
Raio das trajetórias descritas pelas partículas dentro de cada “D”:
- O movimento circular das cargas é periódico.

Entre duas mudanças consecutivas de “D” decorre meio período:
- Após milhares de voltas, as partículas saem da ação do campo magnético (em N, fig.1) com alta velocidade e, portanto, com uma energia cinética muito elevada.

A energia cinética máxima que a partícula pode ter ao sair do ciclotrão depende do raio máximo das câmaras:
Aplicação do ciclotrão na Medicina e noutras áreas da Ciência
Os aceleradores de partículas não se usam apenas na indústria e na Medicina, mas também na Astrofísica, na Física dos materiais e da matéria condensada, na Química e na Biologia.
Na Medicina, para além da esterilização, os aceleradores estão na base de varias técnicas de diagnóstico , de terapia como a (radioterapia) e de cirurgia.
Como cargas aceleradas emitem radiação, estes aceleradores estão a ser utilizados cada vez mais como fontes de radiação. Esta permite técnicas como a espetroscopia, a topografia e a microscopia por raios x, a microtomografia e a calibração radiométrica de instrumentos óticos de precisão.
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/animaciones_files/thomson.swf
Os ioes deste feixe adquirem acelerações diferentes, conforme as suas massas, o que faz com que saiam daqui, com diferentes velocidades.
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