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Espectrômetro de massas
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Introdução
Este experimento ilustra o funcionamento de um espectrômetro de
massas.
Cadastrada por
Lucas Assis
Material - onde encontrar
em casa
Material - quanto custa
entre 10 e 25 reais
Tempo de apresentação
até 30 minutos
Dificuldade
intermediário
Segurança
requer cuidados básicos
Materiais Necessários
* 1 pedaço de madeira (aproximadamente 40 cm x 29cm);
* 1 pedaço triangular de madeira mais espessa (como um plano
inclinado);
* 4 tiras de madeira para formar uma “caixa”;
* Esferas metálicas de diferentes massas;
* 1 ímã;
* Pregos e parafuso;
* Martelo;
* Cano fino de PVC (opcional);
* Dobradiças (opcional).
Espectrômetro de massas
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Passo 1
Com a placa e as tiras de madeira, monte uma espécie de caixa sem tampa. Procure deixar bordas nas
laterais na placa de madeira, para que as esferas não caiam. Fixe lateralmente com pregos finos.
Você também pode fazer uma caixa fechada colocando as dobradiças na tampa para poder abri-la, como
mostram as fotos abaixo.
Detalhe das bordas laterais.
Instalação das dobradiças (opcional).
Caixa aberta.
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Passo 2
Na parte de dentro da caixa que você montou, fixe o ímã.
Sugestão de posição do ímã: a 4,5 cm do lado maior da placa e a 10 cm do lado menor (veja a foto
abaixo).
Para melhorar o efeito, é interessante que o ímã esteja bem próximo da placa superior.
Outro detalhe importante é que o seu ímã tenha uma intensidade compatível com a massa de suas
esferas. Para esferas mais massivas deve-se usar um ímã mais intenso.
Fixando o ímã.
Visualização da posição sugerida do ímã.
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Passo 3
Fixe agora o pedaço triangular de madeira, formando um plano inclinado para lançar as esferas. A
“ponta” do plano deve estar um pouco mais próxima da lateral da placa do que o ímã (ver foto abaixo).
Você pode fixá-lo furando a madeira e o plano por baixo e passando por eles um parafuso.
Fim do plano inclinado deslocado em relação à posição do ímã.
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Passo 4
Faça uma canaleta para que as esferas desçam o plano. Nós fizemos a canaleta na própria madeira do
plano, porém você pode cortar um cano fino de PVC ao meio e fixá-lo no plano inclinado.
Fim do plano inclinado deslocado em relação à posição do ímã.
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Passo 5
Solte as esferas, uma por vez, de uma mesma altura do plano inclinado e observe a posição que elas
atingem na lateral do seu espectrômetro.
Veja o vídeo abaixo da nossa montagem.
Abandonando as esferas no plano inclinado.
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Passo 6
O que acontece
Esta demonstração dá uma idéia de como os espectrômetros de massa podem dar uma medida da massa
dos íons que o atravessam. Os desvios sofridos afetam a posição em que a partícula é detectada.
Vimos que as esferas com menor massa sofrem maior desvio. Lembremos que, pela 2ª Lei de Newton:
a=F/m
Ou seja, quanto maior a massa menor a aceleração sofrida pela esfera e, logo, menor será o desvio.
Em nossa montagem temos outras variáveis a serem consideradas:
-a altura com que abandonamos a esfera (quanto mais alto, maior a energia mecânica inicial do sistema
e, portanto, maior a velocidade com que a esfera atinge o fim da rampa);
-o momento de inércia da esfera, que depende do raio, também influencia a velocidade com que a esfera
atinge o fim da rampa.
Nos espectrômetros reais de massa, há um seletor de cargas e velocidades antes que os íons atinjam
a região com campo magnético. Com isso, garante-se que todos tenham a mesma velocidade e que,
portanto, os desvios se diferenciarão apenas pela diferença nas massas.
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Passo 7
Para saber mais
O espectrômetro de massas é um dispositivo utilizado em laboratórios para medir a razão carga/massa
de íons. Nesta técnica, os íons atravessam um campo magnético uniforme, orientado perpendicularmente
à velocidade destes. Como os íons são átomos (ou moléculas) que possuem carga elétrica não nula, ao
se movimentarem em um campo magnético, eles sofrerão força magnética.
Dessa forma, os íons sofrem desvios diferentes dependendo de sua massa e valor e sinal de sua carga.
Geralmente, aplica-se um campo elétrico antes do campo magnético para “filtrar” o valor da carga e da
velocidade dos íons.
Assim, o campo magnético separará os íons em um padrão também chamado espectro de massa. A
massa dos íons pode então ser medida por sua posição no espectro.