Масс-спектрометр (сектор)
Симулятор показывает упрощённую схему **секторного масс-спектрометра** в двух измерениях. Первая ступень — **селектор скоростей**: однородные электрическое и магнитное поля взаимно перпендикулярны и ориентированы так, что при определённой скорости **v** электрическая сила **qE** и магнитная **q(v×B)** по поперечному направлению компенсируют друг друга — ион летит **почти прямо**, если выполнено соотношение **v = E/B** (в выбранных знаках и ориентациях). Ионы с иной скоростью отклоняются ещё в селекторе. Далее пучок входит в область **только магнитного поля**; там траектория изгибается по дуге с радиусом **r = mv/(qB)** при перпендикулярном входе, так что при одинаковом **q** и отобранной **v** **более тяжёлые** ионы попадают на детектор дальше. На экране одновременно интегрируются две частицы с разными массами. Модель идеализована: прямоугольные однородные поля без краевых эффектов, нерелятивистская механика, условные единицы; реальные приборы добавляют электрические секторы, TOF, фокусирующие элементы и сложную оптику.
Для кого: Студенты, изучающие движение заряженных частиц, селекторы скоростей и основы масс-анализа.
Ключевые понятия
- Селектор скоростей
- Сила Лоренца
- Радиус циклотрона
- Отношение масса/заряд
- Магнитный сектор
- Скрещенные поля
- Траектория иона
- Масс-спектрометрия
Как это работает
В **селекторе скоростей** при взаимно перпендикулярных **E** и **B** силы **qE** и **qv×B** уравновешиваются при **v = E/B** — через «щель» проходят ионы с этой скоростью. В однородном **магнитном секторе** движение по дуге: **r = mv/(qB)** при входе перпендикулярно **B**, поэтому при одинаковом **q** разные **m** попадают на детектор в разные точки — основа **масс-спектрометрии**.
Часто задаваемые вопросы
- Зачем фиксировать скорость перед магнитным сектором?
- Радиус **r = mv/(qB)** зависит и от **m**, и от **v**. Без селектора (или другого способа задать **v**) разные энергии и массы смешались бы на детекторе. Скрещённые **E** и **B** отбирают узкую полосу скоростей.
- Учтены ли электрический сектор и квадруполи?
- Нет. Они улучшают фокусировку и разрешение в реальных приборах. Здесь только минимальная связка «селектор + однородный **B**».
- Что означает ползунок v/(E/B)?
- При значении **1** пучок настроен на идеальный селектор; отклонение от **1** имитирует **расстройку** — ионы искривляются уже в первой зоне.
- Совпадают ли подписи «оценка» радиуса с численной траекторией?
- Формула **r ≈ v/((q/m)B)** верна для чистого **B** и перпендикулярного входа. При переходе из селектора траектория может слегка отличаться от идеальной дуги.
Ещё из «Электричество и магнетизм»
Другие симуляторы в этой категории — или все 46.
Резонансный трансформатор (Тесла)
Связанные колебательные контуры RLC; подстройка f_возбуждения к ω₀ вторичной цепи усиливает напряжение на высокодобротной стороне (линейные связанные ОДУ).
Мост Уитстона
Четыре плеча, G между средними узлами; V_B − V_C и нулевое показание при R₁R₄ = R₂R₃.
Диполь в однородном электрическом поле
τ = −pE sin θ, U = −pE cos θ; затухающее вращение; опционально переменное поле.
Феррожидкость (Стилизованная)
Фиолетовый пул метасфер, шипы, подсказки силовых линий — только визуализация, не МГД.
Циклотрон (Схема)
Однородное поле B, осциллирующее поле E в зазоре; спиральный рост; ω_c = (q/m)B в единицах моделирования.
Бруски-магнит и железные опилки
Перетаскиваемый брусковый магнит на «карточке»: каждая опилка-стержень выстраивается по локальному полю B двух точечных полюсов.