Varattu hiukkanen sähkökentässä

• Varattuun hiukkaseen kohdistuu sähkökentässä voima, jonka suuruus on [[$F=QE$]].
  • [[$Q$]] on sähkövaraus ja [[$E$]] sähkökentän voimakkuus.
  • Positiivisesti varatulle hiukkaselle voima on kentän suuntainen ja negatiiviselle vastakkainen.
• Hiukkasen sähköisen potentiaalienergian muutos on sen varauksen ja kentän pisteiden välisen jännitteen tulo [[$\Delta E=QU$]].
• Energiaperiaatteen mukaisesti hiukkasen liike-energia muuttuu potentiaalienergian muutoksen verran: [[$\qquad E_{\text{k,alku}}+QU= E_{\text{k,loppu}}$]]
• Laskuissa voidaan käyttää sähkövaraukselle [[$Q$]] sen itseisarvoa ja päätellä tarvittavat suunnat erikseen.

Varattu hiukkanen magneettikentässä

• Magneettikentässä nopeudella [[$v$]] liikkuvaan varattuun hiukkaseen kohdistuu voima [[$F=QvB \sin \alpha$]].
  • Kun nopeus on kohtisuora magneettivuon tiheydelle [[$B$]], on voiman suuruus  [[$F=QvB$]].
  • Magneettisen voiman suunta on kohtisuora sekä nopeuteen että kenttään nähden. Voiman suunnan voi päätellä oikean käden säännön perusteella.
• Varattuun hiukkaseen kohdistuva magneettinen voima toimii keskeisvoimana, joka saa hiukkasen ympyräradalle. Magneettikentässä liikkuvalla hiukkasella on siis normaalikiihtyvyys: [[$a_n=\dfrac{v^2}{r}$]].
• Jos magneettinen voima on ainoa hiukkaseen kohdistuva voima, kirjoitetaan sen Newtonin II lain mukainen liikeyhtälö:

[[$\qquad \begin{align*}\Sigma\bar F &=m\bar a\\ QvB&=m\dfrac{v^2}{r} \end {align*}$]]

Massaspektrometri

Massaspektrometrissä osat ovat:

1. Kiihdyttävä sähkökenttä
   • Sähkökenttä tekee työtä varattuihin hiukkasiin ja kasvattaa niiden liike-energiaa.
2. Nopeudenvalitsin
   • Nopeudenvalitsimen läpi pääsevät vain ne hiukkaset, jotka liikkuvat halutulla nopeudella. Hiukkaset etenevät suoraviivaisesti, koska varattuun hiukkaseen vaikuttavat sähköinen ja magneettinen voima ovat yhtä suuret, mutta vastakkaissuuntaiset.
   • Nopeuden suuruus saadaan sähkökentän voimakkuuden ja magneettivuon tiheyden suhteesta.
   • [[$F_s=F_m \ \rightarrow qE=qvB \ \rightarrow v=\dfrac{E}{B}$]]
3. Ohjaava magneettikenttä
   • Magneettikenttä ohjaa hiukkaset ympyrän kaaren muotoiselle radalle. Magneettikenttä ei muuta hiukkasten liike-energiaa.
4. Ilmaisin
   • Erityyppiset hiukkaset osuvat hieman eri kohtiin ilmaisimella. Hiukkasten rataan magneettikentässä vaikuttaa hiukkasen massa ja varauksen suuruus sekä merkki.