Поток электронов, пройдя ускоряющую разность потенциалов 5 кВ, влетает в середину между двумя плоскими металлическими пластинами, параллельно им. Какое минимальное напряжение нужно приложить к пластинам, чтобы электроны не вылетели из них? Длина пластин 5 см, расстояние между ними 1 см.
от

1 Ответ

Дано:
- Ускоряющая разность потенциалов U = 5 кВ = 5000 В.
- Длина пластин L = 5 см = 0,05 м.
- Расстояние между пластинами d = 1 см = 0,01 м.

Найти: минимальное напряжение V, необходимое для того, чтобы электроны не вылетели из пластин.

Решение:
Электроны, пройдя через ускоряющее поле, приобретают кинетическую энергию, которая определяется формулой:

E_kin = e * U,

где
e = 1,6 * 10^-19 Кл – заряд электрона.

Теперь подставим значения:

E_kin = 1,6 * 10^-19 * 5000 = 8 * 10^-16 Дж.

При движении между двумя пластинами электроны будут подвержены электрическому полю, которое создает приложенное напряжение V. Сила, действующая на электрон, равна F = e * E, где E - напряженность электрического поля между пластинами.

Напряженность электрического поля E можно выразить как:

E = V / d.

Таким образом, сила будет равна:

F = e * (V / d).

Сила приводит к ускорению электронов, и работа силы при перемещении на расстояние L равна:

A = F * L = e * (V / d) * L.

Чтобы электроны не могли покинуть пластины, работа, затраченная на преодоление поля, должна быть не меньше, чем их кинетическая энергия:

A ≥ E_kin.

Подставляем выражения:

e * (V / d) * L ≥ e * U.

Сократив e, получаем:

(V / d) * L ≥ U.

Теперь подставляем известные параметры:

(V / 0,01) * 0,05 ≥ 5000.

Упростим это уравнение:

0,05 * V ≥ 5000 * 0,01.

0,05 * V ≥ 50.

Теперь найдем V:

V ≥ 50 / 0,05 = 1000 В.

Ответ:
Минимальное напряжение, которое нужно приложить к пластинам, составляет 1000 В.
от