在上一個影片中

我們學到了一個對消費者健康非常重要的儀器

那就是「質譜儀」

質譜儀的運作原理

源於我們之前幾部影片介紹過的

「帶電粒子在磁場中受力」的概念

當帶電粒子進入磁場時

它們會受到磁力的影響

導致它們以圓周運動的方式前進

最終到達偵測器或底片

透過測量帶電粒子的旋轉半徑和抵達位置

以及粒子質量、帶電量等相關條件

我們可以透過計算並搭配其他檢測

瞭解物質的成分

當不同速度的帶電粒子進入磁場後

會有不同程度的偏轉

這就是為什麼

質譜儀需要一個極其重要的組件

速度選擇器

這個速度選擇器

就像是質譜儀的大門守衛

確保只有特定速度的粒子能夠進入

這樣才能提高我們的分析準確度

在這部影片中

我們將深入介紹這個不可或缺的部件

「速度選擇器」

同時也會詳細探討質譜儀的運作原理

你準備好來一探究竟

揭開質譜儀的神秘面紗了嗎？

讓我們一起開啟這個科學探險之旅吧

我們從先前的影片中學習到

當帶電質點的速度

與磁場方向垂直時

所受磁力方向與速度垂直

而磁力大小F等於qvB

此磁力無法使質點變快或變慢

僅能使其不斷改變運動方向

因此磁力將作為向心力

使得質點作等速率圓周運動

由磁力提供向心力及圓周運動公式

可以推導出圓周半徑r

質譜儀藉由帶電粒子的旋轉半徑和抵達的位置

以及質量、帶電量等相關的條件

透過計算並搭配其他檢測

便能瞭解物質成分

為剔除速度不同的粒子

來提高檢測精準度

我們需要一種裝置

能把具有某一特定速度的粒子選擇出來

接下來我們就要介紹

作為質譜儀中不可或缺的一項裝置

「速度選擇器」

速度選擇器

由一平行電板及外加磁場所組成

電場方向與磁場方向互相垂直

當一個帶正電q的質點

以速度v水平射入帶電的平行板內

平行板的兩板間有垂直向下的電場

以及垂直射入螢幕的磁場

那麼電荷會受到哪些力呢？

同學們思考一下吧

電荷進入平行板中間後

會受到一個向下的電力qE

及一個向上的磁力qvB

我們可從質點的受力狀況

知道質點的偏向

當磁力小於電力時

電荷向下偏折

我們可以得到v小於B分之E

同理

當磁力大於電力時

電荷向上偏折

則v大於B分之E

因此

若要使電荷作直線運動

從右方洞口射出

向下電力及向上磁力大小必須相同

使得合力為零

藉此

我們可以從質點的偏向選出特定的粒子

透過調整電場及磁場的量值

即可篩選出特定速度的帶電粒子的裝置

就稱為「速度選擇器」

介紹完質譜儀中的速度選擇器後

我們來看看質譜儀

是如何為我們的食安把關的吧

質譜儀是用來測量帶電質點質量的裝置

其構造為在速度選擇器的出口外加一磁場

磁場方向穿入螢幕內

與速度選擇器不同的是

這個區域只有磁場、沒有電場

因此帶電粒子會在區域內作圓周運動

質譜儀在運作時

會先將一束均帶正電q的離子

射入速度選擇器中

離子束中

速度為B分之E的質點射入時

會不偏折地直線進入上方的磁場中

進入磁場後

由於速度與外加磁場垂直

因此質點作半徑為r的半圓周運動

最後打到偵測器上

質點作圓周運動時

圓周半徑r可由偵測器測量出來

由於各數據皆為已知

就可以藉此算出帶電質點的質量m囉

我們來思考一下這個問題

根據平行電板的正負極

以及右手開掌定則

同學們

試著判斷各選項所受電力及磁力方向吧

如果要使帶電粒子能筆直通過

表示其所受電力與磁力須大小相同

但方向相反

因此答案為D

讓我們來總結一下這支影片的學習內容

速度選擇器由一平行電板及磁場所組成

電場方向與磁場方向互相垂直

當磁力小於電力時

電荷向下偏折

當磁力大於電力時

電荷向上偏折

當磁力等於電力時

電荷不偏折

質譜儀為設置在速度選擇器後的一外加磁場裝置

當帶電質點進入質譜儀時

進行半徑為r的半圓周運動

最後打到偵測器上

並可算出帶電質點的質量m

相信觀賞完這段影片後

你能更深入地理解

我們在食品安全檢測中所使用的質譜儀

如何分析物質的成分

同時

你也會瞭解到

速度選擇器在這個過程中

扮演了不可或缺的角色

今天就先到這邊

我們下次見囉

bye bye