Elektronen sind einer der drei Grundbestandteile von Atomen, die anderen beiden sind Protonen und Neutronen. Elektronen sind selbst nach den Maßstäben subatomarer Teilchen extrem klein, mit jeweils einer Masse von 9 × 10-31 kg.
Da Elektronen eine Nettoladung tragen, deren Wert 1,6 × 10. beträgt-19Coulomb (C) werden sie in einem elektromagnetischen Feld analog der Beschleunigung gewöhnlicher Teilchen durch ein Gravitationsfeld oder eine andere äußere Kraft beschleunigt. Wenn Sie den Wert der Potentialdifferenz dieses Feldes kennen, können Sie die Geschwindigkeit (oder Geschwindigkeit) eines Elektrons berechnen, das sich unter seinem Einfluss bewegt.
Schritt 1: Identifizieren Sie die Interessengleichung
Sie erinnern sich vielleicht daran, dass in der alltäglichen Physik die kinetische Energie eines sich bewegenden Objekts gleich (0.5)mv ist2, wobei m gleich Masse und v gleich Geschwindigkeit ist. Die entsprechende Gleichung in der Elektromagnetik lautet:
qV=0,5mv^2
wobei m = 9 × 10-31 kg und q, die Ladung eines einzelnen Elektrons, beträgt 1,6 × 10-19 C.
Schritt 2: Bestimmen Sie die Potenzialdifferenz über das Feld
Möglicherweise haben Sie Spannung als etwas angesehen, das zu einem Motor oder einer Batterie gehört. Aber in der Physik ist Spannung eine Potentialdifferenz zwischen verschiedenen Punkten im Raum innerhalb eines elektrischen Feldes. So wie eine Kugel bergab rollt oder von einem fließenden Fluss flussabwärts getragen wird, bewegt sich ein negativ geladenes Elektron in Richtung positiv geladener Bereiche im Feld, wie etwa einer Anode.
Schritt 3: Auflösen nach der Geschwindigkeit des Elektrons
Mit dem Wert von V in der Hand können Sie die Gleichung neu anordnen
qV=0,5mv^2
zu
v=\sqrt{\frac{2qV}{m}}
Bei gegebenem V = 100 und den obigen Konstanten beträgt die Geschwindigkeit eines Elektrons in diesem Feld beispielsweise:
v=\sqrt{\frac{2\times 1.6\times 10^{-19}\times 100}{9\times 10^{-31}}}=6\times 10^6\text{ m/s}