Elektroner er en av de tre grunnleggende bestanddelene i atomer, de to andre er protoner og nøytroner. Elektroner er ekstremt små selv etter standardene for subatomære partikler, med hver en masse på 9 × 10-31 kg.
Fordi elektroner har nettolading, hvis verdi er 1,6 × 10-19coulombs (C), akselereres de i et elektromagnetisk felt på en måte som er analog med måten vanlige partikler akselereres av et gravitasjonsfelt eller annen ekstern kraft. Hvis du vet verdien av dette feltets potensielle forskjell, kan du beregne hastigheten (eller hastigheten) til et elektron som beveger seg under dets innflytelse.
Trinn 1: Identifiser ligningen av interesse
Du husker kanskje at i hverdagsfysikk er den kinetiske energien til et objekt i bevegelse lik (0,5) mv2, hvor m er lik masse og v er lik hastighet. Den tilsvarende ligningen i elektromagnetikk er:
qV = 0,5mv ^ 2
hvor m = 9 × 10-31 kg og q, ladningen til et enkelt elektron, er 1,6 × 10-19 C.
Trinn 2: Bestem den potensielle forskjellen over feltet
Du har kanskje sett på spenning som noe som gjelder en motor eller et batteri. Men i fysikk er spenning en potensiell forskjell mellom forskjellige punkter i rommet i et elektrisk felt. Akkurat som en ball ruller nedoverbakke eller blir ført nedstrøms av en flytende elv, beveger et elektron seg negativt ladet mot områder i feltet som er positivt ladet, for eksempel en anode.
Trinn 3: Løs for elektronens hastighet
Med verdien V i hånden kan du omorganisere ligningen
qV = 0,5mv ^ 2
til
v = \ sqrt {\ frac {2qV} {m}}
For eksempel, gitt V = 100 og konstantene ovenfor, er hastigheten til et elektron i dette feltet:
v = \ sqrt {\ frac {2 \ times 1.6 \ times 10 ^ {- 19} \ times 100} {9 \ times 10 ^ {- 31}}} = 6 \ times 10 ^ 6 \ text {m / s}