Relació massa carrega

Fes d'electrons desplaçant-se en círcul en un tubo Teltron, per la presència d'un camp magnètic, en el que es pot medir la relació massa carrega dels electrons comparant el radi del círcul en l'intensitat del camp i el voltage.

La relació massa carrega (Plantilla:Frac) és una magnitut física usada en l'electrodinàmica de les partícules carregades. Com implica el seu nom la relació massa carrega d'un objecte resulta de dividir la massa de l'objecte entre el seu càrrega elèctrica. Esta magnitut generalment solament és útil quan l'objecte és una partícula. Per a objectes macroscòpics la càrrega total, la densitat de càrrega, la massa total o la densitat de la massa solen ser magnituts més útils. En el sistema internacional d'unitats es medix en kg/C. El concepte apareix en els camps de la microscopía electrònica, espectrometria de masses, tubos de rajos catódicos, física de l'accelerador, física nuclear, espectroscòpia electrònica Auger, cosmologia i òptica iònica. L'importància de la relació carrega massa resulta de que, segons l'electrodinàmica clàssica, dos partícules en la mateixa relació massa carrega es desplacen en la mateixa trayectòria en el buit quan són someses a camps magnètics.

En alguns camps s'usa el seu inversa: la relació carrega massa (Plantilla:Frac). El CODATA va recomanar en 2010 un valor per al electró de  Plantilla:Frac = (1,758820024±0,000000011) × 10¹¹ C/kg.

Orige

Segons la física clàssica, quan una partícula carregada es desplaça per camps elèctrics o magnètics s'apliquen les dos lleis següents:

$𝐅=Q(𝐄+𝐯\times 𝐁),$		(llei de la força de Lorentz)
$𝐅=m𝐚=m\frac{\mathrm{d}𝐯}{\mathrm{d}t}$		(segona llei de Newton del moviment)

A on F és la força aplicada a la partícula carregada (ion), m és la massa de la partícula, a és l'acceleració, Q és la càrrega elèctrica, I és el camp elèctric, i v &claves; B és el producte vectorial de la velocitat del ion i l'inducció magnètica.

En combinar les dos equacions de camp anteriors sorgix l'equació:

$\left(\frac{m}{Q}\right)𝐚=𝐄+𝐯\times 𝐁$.

Esta equació diferencial és l'equació clàssica per al moviment d'una partícula carregada en el buit. Junt en les condicions inicials de la partícula determina el moviment de la partícula en l'espai en el temps. Té com a conseqüència que dos partícules en la mateixa relació m/Q es desplaçaran de la mateixa forma a través del camp. Per això la relació massa carrega és una magnitut física important en els àmbits científics a on les partícules carregades interactuen en camps magnètics o elèctrics.

Excepcions

Existixen alguns efectes no clàssics derivats de la mecànica quàntica com l'efecte Stern–Gerlach que fa que la trayectòria de ions en idèntica m/Q es bifurque.

Símbols i unitats

Els símbols recomanats per l'IUPAC per a la massa i a càrrega són m i Q, respectivament, encara que l'us de la minúscula q per a la càrrega també és comuna. La càrrega és una magnitut escalar, lo que significa que pot ser tant positiva (+) com negativa (−). L'unitat del SI per a la càrrega és el coulomb (C), encara que s'utilisen atres unitats per a expressar la càrrega en térmens de la càrrega elemental (i). L'unitat del sistema internacional per a la magnitut física m/Q és el quilogram per coulomb (kg/C).

Espectrometria de masses

Les unitats i notació anterior s'utilisen en la física i en el camp d'espectrometria de masses, encara que quan es presenten les senyes d'un espectre de masses també és corrent usar la notació m/z com a variable. Esta notació facilita l'interpretació de les senyes ya que està més relacionada numèricament en l'unitat de massa atòmica del analito. La m es referix a l'número atòmica o molecular i z al número de càrrega del ion. Per això m/z és una magnitut adimensional. Per eixemple una molècula doblement ionizada (z = 2 i) de massa atòmica de 1000 unitats (m = 1000 o) en les seues dos càrregues tindrà m/z = 500.