Questão 113 — ENEM 2019 — Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Gabarito oficial com explicação por IA — fonte: INEP — Provas e Gabaritos ENEM 2019
O espectrômetro de massa de tempo de voo é um dispositivo utilizado para medir a massa de íons. Nele, um íon de carga elétrica q é lançado em uma região de campo magnético constante B, descrevendo uma trajetória helicoidal, conforme a figura. Essa trajetória é formada pela composição de um movimento circular uniforme no plano yz e uma translação ao longo do eixo x. A vantagem desse dispositivo é que a velocidade angular do movimento helicoidal do íon é independente de sua velocidade inicial. O dispositivo então mede o tempo t de voo para N voltas do íon. Logo, com base nos valores q, B, N e t, pode-se determinar a massa do íon.
A massa do íon medida por esse dispositivo será
Explicação por IA
O espectrômetro de massa de tempo de voo (TOFMS) determina massa de íons medindo tempo que levam para percorrer distância fixa após aceleração. Um íon carregado em campo magnético perpendicular à sua velocidade inicial sofre força magnética de Lorentz perpendicular a ambos (carga e campo), causando movimento circular. A frequência angular dessa rotação é ω = qB/m, onde q é carga, B é intensidade do campo, m é massa. Notavelmente, ω é independente de velocidade do íon, propriedade crucial para esse dispositivo. Se o íon completa N voltas no tempo total t, então ω = 2πN/t. Resolvendo para m: m = qB·t/(2πN). Medindo simplesmente o tempo de voo e contando rotações (N), pode-se calcular massa com precisão alta. Diferentes íons com mesma carga ma…
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