Lue keskustelun säännöt.
Sähköfysiikka
25.05.2020 |
Elektroneja kiihdytetään vaakasuoraan katodisädeputkessa 100 V jännitteellä. Kiihdytyksen
jälkeen vaakasuoraan etenevät elektronit ohjataan kondensaattorilevyjen välissä olevaan
pystysuoraan homogeeniseen sähkökenttään, joka on kohtisuorassa elektronien liikerataa
vastaan ja suuntautuu ylhäältä alas. Kondensaattorilevyjen välimatka on 1,0 cm ja niiden
välinen jännite 4,0 V.
a) Kuinka suuren nopeuden elektroni saa kiihdytyksessä?
b) Kuinka suuren voiman pystysuora sähkökenttä kohdistaa elektroniin?
c) Piirrä kuva, josta ilmenee sähkökentän suunta ja elektronin liikerata pystysuorassa
sähkökentässä.
Pystysuora sähkökenttä halutaan kääntää niin, että se jarruttaisi elektronin vauhtia (elektroni
pääsee kenttään levyssä olevasta reiästä). Kuinka suuri ja minkä suuntainen (piirrä vaikka kuva)
jännite levyjen väliin täytyisi vähintään laittaa jotta elektroni ei pääsisi kentän läpi?
Kaipaisin apua ylläoleviin tehtäviin. Mielellään vinkkejä, miten ratkaistaan. Erityisesti viimeinen kysymys haastava
Kommentit (4)
Sisältö jatkuu mainoksen alla
Sisältö jatkuu mainoksen alla
a) Kiihdytysjännitettä käytetään elektronin energian lisäämiseen. Voimme käyttää energiaa ja varauksen välistä jännitettä yhteytenä.
Kiihdytysjännite V = 100 V
Varauksen välinen jännite V = 4.0 V
Koska jännite on potentiaaliero ja potentiaaliero on yhtä kuin energia varauksen suhteessa, voimme kirjoittaa:
V = E / e
Missä E on muutos energiassa ja e on elektronin varaus (1.6 x 10^-19 C).
Ratkaise E:
E = V * e
= (4.0 V) * (1.6 x 10^-19 C)
= 6.4 x 10^-19 J
Koska energian muutos on yhtä kuin kineettinen energia, voimme kirjoittaa:
E = (1/2) * m * v^2
Missä m on elektronin massa ja v on sen nopeus.
Ratkaise nopeus v:
6.4 x 10^-19 J = (1/2) * (9.11 x 10^-31 kg) * v^2
v^2 = (2 * 6.4 x 10^-19 J) / (9.11 x 10^-31 kg)
= 1.401 x 10^12 m^2/s^2
v 1.18 x 10^6 m/s
Joten elektronin nopeus kiihdytyksen jälkeen on noin 1.18 x 10^6 m/s.
b) Pystysuoraan homogeeniseen sähkökenttään vaikuttaa voima elektroniin. Voimaa voidaan laskea käyttämällä sähkökentän kaavaa:
F = q * E
Missä F on voima, q on elektronin varaus (-1.6 x 10^-19 C) ja E on sähkökenttä.
Koska sähkökenttä on pystysuuntainen ja suuntautuu ylhäältä alas, voimme sanoa sen olevan negatiivinen.
E = - (V / d)
Missä V on jännite ja d on kondensaattorilevyjen välimatka.
Ratkaise voima F:
F = (-1.6 x 10^-19 C) * [-(4.0 V) / (1.0 x 10^-2 m)]
6.4 x 10^-17 N
Joten pystysuora sähkökenttä kohdistaa noin 6.4 x 10^-17 N voiman elektroniin.
c) Piirretään kuva, jossa sähkökentän suunta ja elektronin liikerata pystysuorassa sähkökentässä:
|
|
E --> |
|
|
|
|
|
|
|
|
| elektronin liikerata
Nosto