חלקיקים טעונים בשדה מגנטי.

שלב 1 מתוך 6

מטען בתנועה

ראינו שתיל שזורם בו זרם מרגיש כוח בשדה מגנטי, בניצב לזרם ולשדה. זרם הוא מטענים בתנועה, ולכן גם מטען בודד שנע מרגיש כוח כזה:

$F = qvB$⁠

כאן $q$⁠ המטען, $v$⁠ המהירות ו־$B$⁠ השדה, כשהמהירות ניצבת לשדה. בין שני הסלילים יש שדה אחיד שמכוון למעלה, ותותח במרכז תא זכוכית ריק מאוויר יורה יון ניאון (Ne⁺) אופקית. המסלול שלו זוהר.

שלב 2 מתוך 6

הרדיוס

כוח שתמיד ניצב לתנועה הוא בדיוק מה שתנועה מעגלית צריכה. לכן הכוח המגנטי הוא הכוח הצנטריפטלי:

$qvB = \frac{mv^2}{r} \quad\Rightarrow\quad r = \frac{mv}{qB}$$qvB =$$\frac{mv^2}{r} \quad\Rightarrow$$\quad r =$$\frac{mv}{qB}$⁠

יון ועוצמת השדה קבועים. נבאו מה יקרה לרדיוס כשנכפיל את מהירות, ואז ראו.

נסו: אחרי הבדיקה, החזירו את מהירות ל־50 km/s. המעגל מתכווץ חזרה.

חזרה לניסוי ↑

שלב 3 מתוך 6

זמן סיבוב

כמה זמן לוקח ליון להשלים סיבוב? הוא עובר היקף של $2\pi r$⁠ במהירות $v$⁠. מעגל גדול יותר, אבל גם יון מהיר יותר. נבאו איזה מהשניים מנצח.

שלב 4 מתוך 6

מעגל הדוק יותר

הרדיוס תלוי בשני דברים שאפשר לשנות כאן: מהירות ועוצמת השדה. שדה חזק יותר דוחף חזק יותר, ויון איטי יותר קל יותר לעקם. רק היון קבוע. מצאו דרך לחצות את הרדיוס.

שלב 5 מתוך 6

היחס בין המטען למסה

ברדיוס $r = \dfrac{mv}{qB}$⁠ המסה והמטען מופיעים רק כיחס $\dfrac{m}{q}$⁠. לכן במהירות ובשדה נתונים, המעגל מגלה את היחס בין המטען למסה של החלקיק, לא כל אחד מהם בנפרד. כאן התותח יורה פרוטון (H⁺), והכול קבוע. המעגל שלו הדוק מאוד: הפרוטון קל מאוד ביחס למטען שלו.

גם הסימן של המטען משנה: יון שלילי, כמו יון כלוריד, נדחף לצד השני ומקיף את המעגל בכיוון ההפוך.

שלב 6 מתוך 6

ספקטרומטר מסה

בסליל התותח נוטה מעט למעלה. המהירות לאורך השדה לא מרגישה שום כוח, ולכן המעגל נמתח לסליל. בספקטרומטר מסה, השלב האחרון של בניית הספקטרומטר, עומד לוח גלאי מול התותח, והתותח יורה את התערובת הטבעית של איזוטופים של היסוד. כל יון נוחת על הלוח אחרי חצי סיבוב, במרחק $2r$⁠ מהתותח. נבאו מי ינחת הכי רחוק.