OS FENÔMENOS ELETROMAGNÉTICOS
Por: Joaovicente2002 • 15/3/2018 • Trabalho acadêmico • 1.240 Palavras (5 Páginas) • 191 Visualizações
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UNIVERSIDADE UNIVATES
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
TEORIA ELETROMAGNÉTICA APLICADA
FENÔMENOS ELETROMAGNÉTICOS
Matheus de Carvalho Alves
Rafael Augusto Royer
Lajeado, novembro de 2017
- INTRODUÇÃO
Um filtro ou seletor de velocidades é um instrumento desenvolvido por Wilhelm Wien, e é considerado de suma importância para a física nuclear, fazendo parte da família dos espectrômetros de massa. Também chamado de filtro de Wien, é basicamente um dispositivo que efetua a filtragem de partículas dentro de um feixe de partículas carregadas, e faz isso tendo como critério base as suas respectivas velocidades.
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Figura 1 – Filtro de Wien
- FUNCIONAMENTO
O seletor de velocidade funciona com base no princípio de que partículas carregadas em movimento sofrem a ação de forças ao cruzarem um local onde existe campo elétrico e/ou campo magnético. E partindo desse pressuposto quando se existe a necessidade de separar estas partículas que vem se deslocando com velocidades diferentes basta aplicar uma força relacionada com a velocidade das mesmas, do qual esta força irá gerar efeitos em algumas partículas e em outras de velocidade diferente não. Em outras palavras, usa-se uma combinação de campos elétricos e/ou magnéticos posicionados na direção na qual o feixe de partículas incide, de forma com que este campo irá permitir a passagem somente de partículas com uma certa velocidade programada, desviando as demais.
- EQUACIONAMENTO
Uma partícula carregada que faz seu curso de deslocamento sob a ação de um campo elétrico ou magnético receberá a ação de uma força proporcional a força da sua carga e do campo da qual se encontra de forma que , sendo F a força, q a carga da partícula, v a velocidade da mesma, B a força do campo magnético e E a força de campo elétrico.[pic 5]
Sendo assim, uma partícula qualquer em movimento sob a ação de um campo magnético sentirá uma força na forma de , sendo F a força, q a carga da partícula, v a velocidade da mesma e B a força do campo magnético.[pic 6]
Trazendo para o caso de um seletor de velocidades sabemos que o campo magnético estará sempre a 90° da velocidade, deste modo podemos ter a força como sendo .[pic 7]
Para que possamos ter ambas a forças em uma direção oposta e de igual magnitude podemos levar em consideração , ou seja, qualquer força do campo elétrico e magnético, será possível a passagem apenas de partículas com a velocidade v estipulada.[pic 8]
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Figura 2 – Partícula sob a ação de campos elétrico e magnético
- APLICAÇÕES
Além das inúmeras aplicações, como a separação de partículas provenientes de reações nucleares, o filtro de Wien pode facilmente funcionar como um espectrômetro de massa, que tem como função básica a separação dos íons de acordo com sua massa ou razão carga-massa, levando em consideração que parte da equação de funcionamento do filtro do seletor de velocidades é dada pela energia da partícula , e lembrando também que esta energia depende diretamente da relação da massa O que nos possibilita enxergar a relação direta entre separação de partículas por massa e velocidade, porém é melhor explicado em outro tópico deste trabalho, da qual trata detalhadamente do funcionamento do espectrômetro de massa.[pic 10][pic 11]
Seu princípio também pode ser observado no tubo de raios catódicos, que em seu interior faz a separação e condução dos feixes de partículas carregadas que interessam, através do mecanismo feito por placas onde se permite a aplicação de campos, perpendiculares a trajetória da partícula.
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Figura 3 – Tubo de raios catódicos
- INTRODUÇÃO
Espectrômetros de massa são aparelhos que basicamente são utilizados para efetuar a medição e seleção de massas moleculares, e faz isso através da aceleração, do desvio da trajetória, e do posterior estudo das amostragens de partículas carregas sob o efeito de um campo magnético uniforme. É muito utilizado na indústria química como um analisador quantitativo e qualitativo descrevendo os diferentes átomos presentes em uma substância. Ou seja, trata-se quase do mesmo princípio da qual o seletor de velocidades faz uso, porém neste caso para efetuar a medição da massa molecular.
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Figura 1 – Esquema básico do espectrômetro de massas
- FUNCIONAMENTO
O funcionamento do espectrômetro de massa parte do princípio da geração de íons inorgânicos ou orgânicos em forma gasosa, a aceleração deles a uma velocidade pré-programada utilizando campos elétricos ou magnéticos, e posteriormente a separação destes íons através da razão massa/carga para a partir daí detectar a qualidade e quantidade dos diferentes átomos.[pic 14]
Tem como base também o princípio de que partículas com a mesma velocidade ao sofrerem o efeito de um campo magnético (aplicado através de bobinas) irão descrever trajetórias circulares sendo o raio e o tempo demorado nessa trajetória diretamente ligado ao valor da sua massa.
Sendo assim tendo previamente o conhecimento da velocidade com que as partículas estão se locomovendo e das medidas de raio das mesmas, é possível determinar a quantidade relativa e as massas das partículas analisadas através da aplicação de fórmulas em uma amostra colhida com o auxílio de uma película fotográfica ao fim do percurso.
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Figura 2 – Funcionamento interno do espectrômetro de massas
- EQUACIONAMENTO
Ao entrar na região onde existe o campo magnético perpendicular à velocidade as partículas descrevem uma trajetória circular cujo raio pode ser descrito por .[pic 16][pic 17][pic 18]
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