Un espectrómetro de masa es una balanza para átomos individuales. Arranca un electrón de cada átomo para crear un ion, lanza los iones a través de un voltaje conocido para que todos lleven la misma energía, y luego los dobla en un campo magnético. La fuerza de Lorentz sobre una carga en movimiento es siempre perpendicular a su movimiento, así que curva cada ion en un círculo — y como un ion más pesado es más difícil de desviar, describe un arco más amplio. Un elemento entra en el imán y sale un abanico de haces separados, uno por cada isótopo.
Esta exhibición ejecuta esa física exactamente. Cada ion gana la misma energía cinética qV = ½mv², por lo que los más ligeros salen del acelerador más rápido; en el campo cada uno sigue un círculo de radio r = mv/(qB) = √(2mV/q)/B, y el punto de llegada en el detector escala como √(m/q). Elige neón y el famoso doblete ²⁰Ne / ²²Ne se separa en la placa — la misma medición con la que Francis Aston demostró en 1919 que un único elemento puede ser una mezcla de isótopos, trabajo que le valió el Premio Nobel. Cambia a xenón para ver un bosque de nueve picos, aumenta el campo para contraer el espectro, o amplía la dispersión de energía de la fuente y observa cómo las líneas se difuminan, igual que lo hacen los límites de resolución reales.
Están conectados dos detectores: una placa fotográfica que registra todas las masas a la vez, como lo hacía Aston, y una sola copa de Faraday que se sitúa a un radio fijo mientras el campo se barre, de modo que cada isótopo la cruza por turno y dibuja el espectro de picos que imprime todo instrumento moderno. La misma danza de campos y fuerzas — acelerar, deflectar, detectar — es la que puedes cablear puerta a puerta en el Logic Lab de DigiSim.
Especificaciones
- Principio
- La fuerza de Lorentz dobla los iones; r = √(2mV/q) ⁄ B
- Separación
- Posición de llegada ∝ √(m/q) — los isótopos se separan en abanico
- Muestras
- Neón, cloro, xenón, plomo — abundancias isotópicas reales
- Simulado
- Óptica de iones exacta, exposición en placa en vivo + barrido de Faraday
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