Elektroner är en av de tre grundläggande beståndsdelarna i atomer, de andra två är protoner och neutroner. Elektroner är extremt små även efter standarderna för subatomära partiklar, var och en har en massa av 9 × 10-31 kg.
Eftersom elektroner har en nettoladdning, vars värde är 1,6 × 10-19coulombs (C), accelereras de i ett elektromagnetiskt fält på ett sätt som är analogt med det sätt som vanliga partiklar accelereras av ett gravitationsfält eller annan extern kraft. Om du känner till värdet på det här fältets potentialskillnad kan du beräkna hastigheten (eller hastigheten) för en elektron som rör sig under dess inflytande.
Steg 1: Identifiera intresseekvationen
Du kanske kommer ihåg att i den fysiska vardagen är den kinetiska energin för ett objekt i rörelse lika med (0,5) mv2, där m är lika med massa och v är lika med hastighet. Motsvarande ekvation inom elektromagnetik är:
qV = 0,5 mv ^ 2
där m = 9 × 10-31 kg och q, laddningen för en enda elektron, är 1,6 × 10-19 C.
Steg 2: Bestäm den potentiella skillnaden över fältet
Du kanske har kommit att betrakta spänning som något som rör en motor eller ett batteri. Men inom fysik är spänning en potentiell skillnad mellan olika punkter i rymden inom ett elektriskt fält. Precis som en boll rullar nedförsbacke eller bärs nedströms av en strömmande flod, rör sig en elektron, som är negativt laddad, mot områden i fältet som är positivt laddade, såsom en anod.
Steg 3: Lös för elektronens hastighet
Med värdet V i handen kan du ordna om ekvationen
qV = 0,5 mv ^ 2
till
v = \ sqrt {\ frac {2qV} {m}}
Till exempel, givet V = 100 och konstanterna ovan, är elektronens hastighet i detta fält:
v = \ sqrt {\ frac {2 \ gånger 1,6 \ gånger 10 ^ {- 19} \ gånger 100} {9 \ gånger 10 ^ {- 31}}} = 6 \ gånger 10 ^ 6 \ text {m / s}