Để xác định các chất trong một mẫu, người ta dùng một máy được gọi là máy quang phổ khối (khối phổ kế, hình bên)
20/28
Để xác định các chất trong một mẫu, người ta dùng một máy được gọi là máy quang phổ khối (khối phổ kế, hình bên). Khi cho mẫu vào máy này, hạt có khối lượng m bị ion hóa sẽ mang điện tích q. Sau đó, hạt được tăng tốc đến tốc độ \(v\) nhờ hiệu điện thế U. Tiếp theo, hạt sẽ chuyển động vào vùng từ trường theo phương vuông góc với cảm ứng từ \(\vec B\). Lực từ tác dụng lên hạt có độ lớn \(F = Bv\left| q \right|\), có phương vuông góc với cảm ứng từ \(\vec B\) và với vận tốc \(\vec v\) của hạt. Bán kính quỹ đạo tròn của hạt trong vùng có từ trường là r. Dựa trên tỉ số \(\frac{{\left| q \right|}}{m}\), có thể xác
định được các chất trong mẫu.
Tốc độ của hạt bị thay đổi do tác dụng của từ trường trong máy.
Bỏ qua tốc độ ban đầu của hạt. Sau khi được tăng tốc bởi hiệu điện thế U, tốc độ của hạt là \(v = \sqrt {\frac{{2\left| q \right|U}}{m}} .\)
Tỉ số giữa độ lớn điện tích và khối lượng của hạt là \(\frac{{\left| q \right|}}{m} = \frac{{2U}}{{B{r^2}}}\).
Biết \(U = 3,00{\rm{kV}};B = 3,00{\rm{\;T}};1{\rm{amu}} = 1,66 \cdot {10^{ - 27}}{\rm{\;kg}};\left| e \right| = 1,60 \cdot {10^{ - 19}}{\rm{C}}\). Bán kính quỹ đạo của ion âm \({\;^{35}}{\rm{C}}{{\rm{l}}^ - }\)trong vùng có trường là \(r = 0,0156{\rm{\;m}}{\rm{.}}\)
a) Sai vì hạt được tăng tốc đến tốc độ \(v\) nhờ hiệu điện thế U.
b) Đúng. Định lí động năng có \[\frac{1}{2}m{v^2} = \left| q \right|U \Rightarrow v = \sqrt {\frac{{2\left| q \right|U}}{m}} \](1)
c) Sai. Lực từ đóng vai trò lực hướng tâm.
\[F = m{a_{ht}} \Rightarrow \left| q \right|vB = m\frac{{{v^2}}}{r} \Rightarrow v = \frac{{\left| q \right|Br}}{m}\] (2)
Từ (1) và (2) suy ra \[\frac{{\left| q \right|Br}}{m} = \sqrt {\frac{{2\left| q \right|U}}{m}} \Rightarrow \frac{{\left| q \right|}}{m} = \frac{{2U}}{{{B^2}{r^2}}}\]
d) Đúng. 1 mol Cl (có 6,02⋅1023 nguyên tử) nặng 35⋅10–3 kg.
⇒1 nguyên tử Cl nặng \[\frac{{{{35.10}^{ - 3}}}}{{6,{{02.10}^{23}}}} = 5,{81.10^{ - 26}}kg\]
Thay số vào ý c) được \[\frac{{1,{{6.10}^{ - 19}}}}{{5,{{81.10}^{ - 26}}}} = \frac{{{{2.3.10}^3}}}{{{3^2}.{r^2}}} \Rightarrow r \approx 0,0156\,m.\]