Лучший ответ по мнению автора | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
0.5=9.14е+5 м/с
|
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Посмотреть всех экспертов из раздела Учеба и наука > Физика
| Похожие вопросы |
За какое время через мышцу животного площадью 1 дм2 и толщиной 10 мм пройдет 2 кДж теплоты?
Атом водорода находится в стационарном состоянии.
Полная энергия электрона – Е=-3,4эВ. Найти квантовое число n и длину волны фотона, испускаемого при переходе их этого состояния в основное
Решено
Здравствуйте.У меня такой вопрос. Могут ли квазичастицы быть в молекулах?(подробный ответ)
Решено
альфа частица движется по кругу R = 10 см в однородном магнитном круге индукцией 0.1 Тл. Найдите длину волны для альфа частицы.
Решено
К вакуумному фотоэлемента, катод которого изготовлено из цезия приложено запорную напряжение 2 В. О какой длине волны света, падающего на катод появляется фототок?
Пользуйтесь нашим приложением
Простая физика — EASY-PHYSIC
В этой статье мы рассмотрим задачи, в которых частицы перемещаются в магнитном поле. Частицы будут двигаться по спиралям и окружностям, тормозиться и разгоняться электрическими полями.
Эта статья — вторая из серии статей о магнитном поле. В этой серии мы не только рассмотрим движение частиц по сложным траекториям, но и будем двигать рамки в магнитном поле, словом, самое интересное — впереди! Конспект занятий Пенкина М.А.
Задача 1.
Прямолинейный проводник подвешен горизонтально на двух нитях в однородном магнитном поле с индукцией мТл. Вектор магнитной индукции горизонтален и перпендикулярен проводнику.
Рисунок 1
Какой ток следует пропустить по проводнику, чтобы сила натяжения нитей увеличилась вдвое? Ответ выразить в А, округлив до целых.
В каком направлении для этого необходимо пропустить ток?
Масса единицы длины проводника г/м. Ускорение свободного падения принять равным м/с.
Запишем второй закон Ньютона для состояния до включения тока:
При пропускании тока возникнет сила Ампера, направленная, как мы можем догадаться, вниз – поскольку натяжение нитей возросло (для этого ток должен быть направлен от нас).
По условию, натяжение стало вдвое больше. Записываем второй закон Ньютона для состояния, когда ток в проводнике протекает:
Или
Ответ: А.
Задача 2.
Однородные электрическое и магнитное поля расположены взаимно перпендикулярно. Напряженность электрического поля равна кВ/м, а индукция магнитного поля мТл. В каком направлении и с какой скоростью должен двигаться электрон, чтобы его движение в пространстве, занимаемом полями, было равномерным и прямолинейным? Ответ выразить в км/с, округлив до целых.
Рисунок 2
Сила Лоренца должна быть равна силе, с которой электрическое поле действует на электрон:
Откуда
Ответ: м/с, или км/с.
Задача 3.
Электрон влетает в плоский слой однородного магнитного поля шириной см со скоростью м/с. Индукция магнитного поля мТл. Скорость электрона перпендикулярна как направлению поля, так и границам слоя.
Под каким углом к первоначальному направлению электрон вылетит из магнитного поля? В ответе записать синус угла, округлив до десятых. Элементарный заряд равен Кл, масса электрона кг.
Рисунок 3
В магнитном поле электрон начнет двигаться по окружности. Определим ее радиус. По второму закону Ньютона:
Откуда
Получилось, что радиус 11,375 см. Но область магнитного поля (слой) имеет ширину 9,1 – следовательно, электрон не пройдет и четверти окружности и вылетит из области поля. Отметим, какой угол нам надо найти:
Рисунок 4
Даже не сам угол, а его синус:
Ответ: .
Задача 4.
Пучок протонов, ускоренных напряжением , попадает в однородное магнитное поле с индукцией Тл, перпендикулярное скорости протонов. После того, как пучок прошёл путь см, скорость пучка изменилась по направлению на угол . Отношение заряда протона к его массе равно Кл/кг. Найдите ускоряющее напряжение . Ответ выразить в кВ, округлив до целых.
Рисунок 5
В магнитном поле протоны начнут двигаться по окружности. Определим ее радиус. По второму закону Ньютона:
Откуда
По условию, пучок прошел путь 10 см – а это длина дуги окружности. Найдем всю длину – из нее можно определить радиус: так как 10 см соответствуют , то будет соответствовать длина дуги см. Тогда
Работа электрического поля равна кинетической энергии протонов пучка:
Ответ: 73 кВ.
Задача 5.
Частица массой мг с положительным зарядом нКл находится в однородном электрическом и магнитном полях. Линии индукции магнитного поля параллельны силовым линиям электрического поля (см. рис.). В начальный момент частице сообщают скорость м/с, направленную под углом к линиям индукции. Через время с частица возвращается в исходную точку. Чему равна напряженность электрического поля ? Ответ выразить в В/м, округлив до целых. При каком минимальном значении индукции магнитного поля это возможно?
Рисунок 6
На частицу будут действовать две силы: сила со стороны электрического поля , и сила Лоренца со стороны магнитного поля.
Эта сила будет перпендикулярна линиям магнитной индукции и скорости частицы, найдем ее:
Под действием электрической силы частица движется сначала равнозамедленно, а потом (после остановки) равноускоренно с тем же по величине ускорением. Запишем второй закон Ньютона и формулы кинематики для частицы. Второй закон Ньютона в проекции на ось, направленную горизонтально вправо, имеет вид
Из кинематики горизонтальная скорость частицы
После возвращения в первоначальную точку горизонтальная составляющая скорости частицы по величине будет совпадать с первоначальной, но будет направлена в противоположную сторону. Таким образом, получаем, что
Где
откуда
В плоскости, перпендикулярной силовым линиям E и B, под действием силы Лоренца частица совершает круговые движения. Найдем период обращения частицы по окружности радиуса . Из второго закона Ньютона получаем, что
Отсюда радиус окружности
Период обращения
Подставим радиус:
Для того, чтобы частица вернулась в начальную точку, необходимо, чтобы она совершила целое число оборотов по окружности в плоскости, перпендикулярной силовым линиям E и B, за время τ, то есть
где N − любое натуральное число.
Отсюда получается, что частица возвращается в начальную точку при значениях B, равных
Поскольку в условии просят найти минимальную индукцию поля, подставляем в эту формулу минимальное и окончательно получаем, что
Ответ: В/м, мТл.
электроотрицательность — Как быстро электроны движутся вокруг ядра?
спросил
Изменено 2 месяца назад
Просмотрено 16 тысяч раз
$\begingroup$
Электроны, как мы все знаем, невероятно малы. Меньшие вещи имеют тенденцию двигаться быстрее, верно? Так насколько быстро, учитывая, насколько они малы? Кроме того, влияет ли разница электроотрицательностей между двумя атомами на скорость электрона?
- электроны
- электроотрицательность
- релятивизм
$\endgroup$
6
$\begingroup$
Отношение скорости электрона, движущегося по первой боровской орбите, к скорости света определяется удобным уравнением
$$V_\mathrm{rel}=\frac{[Z]}{[137 ]}$$
, где $Z$ — атомный номер рассматриваемого элемента, а 137 — скорость света в атомных единицах, также известная как постоянная тонкой структуры.
Следовательно, 1s-электрон в атоме водорода будет двигаться со скоростью примерно 0,7 % скорости света. В серебре ($Z=47$) электрон 1s будет двигаться со скоростью около 34 % скорости света, а электрон 1s в золоте ($Z=79$).2}}$$
где $m_\mathrm{e}$, $V_\mathrm{rel}$ и $c$ — масса покоя электрона, скорость электрона и скорость света соответственно. На следующем рисунке графически показано, как увеличивается масса электрона по мере увеличения скорости электрона.
Следующее уравнение связывает отношение релятивистского радиуса первой боровской орбиты $R_\mathrm{rel}$ к нормальному радиусу $R_0$, к релятивистской скорости электрона
92}$$С увеличением релятивистской скорости электрона радиус орбиты сжимается (вышеупомянутое отношение становится меньше). Для серебра первый боровский радиус сжимается на ~6 %, а для золота — на ~18 %.
Посмотрите на эти более ранние ответы Chem SE, чтобы увидеть интересные физические эффекты, которые атомы могут проявлять, когда их электроны движутся с релятивистскими скоростями.
- франций
- золото
- ртуть
1
$\begingroup$
Если бы они на самом деле двигались по тесным орбитам, электроны непрерывно излучали бы энергию, пока не попали в ядро. Нильс Бор постулировал, что существуют какие-то стабильные орбитали, и «игнорировал» движение, начало квантовой теории (наряду с работой Эйнштейна о фотоэлектрическом эффекте). См. модель Бора.
Когда электрон ускоряется (или замедляется) на , а не остается на одной орбите, он испускает тормозное излучение (см. Тормозное излучение). 92$. Этот кажущийся парадокс объясняется квантовой механикой. Эта теория не будет здесь развиваться, потому что она слишком длинная. Это потребует много страниц!
$\endgroup$
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
Какова скорость электричества?
Категория: Физика Опубликовано: 19 февраля 2014 г.
Электромагнитная энергия и информация распространяются по проводу со скоростью, близкой к скорости света. Реальные электроны движутся гораздо медленнее. Изображение общественного достояния, источник: Кристофер С. Бэрд.
Скорость электричества действительно зависит от того, что вы подразумеваете под словом «электричество». Это слово очень общее и в основном означает «все, что связано с электрическим зарядом». Я предполагаю, что мы имеем в виду ток электрического заряда, проходящий через металлическую проволоку, например, через шнур питания лампы. В случае электрического тока, проходящего по металлическим проводам, присутствуют три различные скорости, каждая из которых имеет физический смысл:0005
- Индивидуальная скорость электрона
- Скорость дрейфа электронов
- Скорость сигнала
Чтобы понять каждую из этих скоростей и почему все они разные и в то же время физически значимые, нам нужно понять основы электрических токов.
Макроскопически мы называем хаотическое движение малых частиц «теплом». Фактическая скорость отдельного электрона — это количество нанометров в секунду, которое проходит электрон, двигаясь по прямой линии между столкновениями. Провод, предоставленный самому себе, не несет электрического сигнала, поэтому индивидуальная скорость беспорядочно движущихся электронов является просто описанием тепла в проводе, а не электрического тока. Теперь, если вы подсоедините провод к батарее, вы приложите к проводу внешнее электрическое поле. Электрическое поле направлено в одном направлении по длине провода. Свободные электроны в проводе чувствуют силу этого электрического поля и ускоряются в направлении поля (фактически в противоположном направлении, потому что электроны заряжены отрицательно). Электроны продолжают сталкиваться с атомами, что по-прежнему заставляет их отскакивать в разных направлениях. Но вдобавок к этому хаотичному тепловому движению теперь у них есть чистое упорядоченное движение в направлении, противоположном электрическому полю.
Электрический ток в проводе состоит из упорядоченной части движения электронов, в то время как беспорядочная часть движения по-прежнему представляет собой тепло в проводе. Таким образом, приложенное электрическое поле (например, от подключения батареи) заставляет электрический ток течь по проводу. Средняя скорость, с которой электроны движутся по проводу, называется дрейфовой скоростью.
Даже если электроны в среднем дрейфуют по проводу с дрейфовой скоростью, это не означает, что эффекты движения электронов движутся с этой скоростью. Электроны на самом деле не твердые шарики. Они не взаимодействуют друг с другом, буквально ударяясь о поверхности друг друга. Скорее электроны взаимодействуют через электромагнитное поле. Чем ближе два электрона подходят друг к другу, тем сильнее они отталкивают друг друга своими электромагнитными полями. Интересно то, что когда движется электрон, его поле движется вместе с ним, так что электрон может подтолкнуть другой электрон через свое поле дальше по проводу задолго до того, как физически достигнет того же места в пространстве, что и этот электрон.
В результате электромагнитные эффекты могут распространяться по металлическому проводу намного быстрее, чем любой отдельный электрон. Эти «эффекты» представляют собой флуктуации электромагнитного поля, когда оно взаимодействует с электронами и распространяется по проводу. Поскольку энергия и информация переносятся флуктуациями электромагнитного поля, энергия и информация также перемещаются по электрическому проводу гораздо быстрее, чем любой отдельный электрон.
Скорость, с которой электромагнитные эффекты распространяются по проводу, называется «скоростью сигнала», «скоростью волны» или «групповой скоростью». Обратите внимание, что некоторые книги намекают на то, что скорость сигнала описывает чисто электромагнитный волновой эффект. Эта инсинуация может ввести в заблуждение. Если бы сигнал, распространяющийся по электрическому кабелю, представлял собой изолированную электромагнитную волну, то в вакууме он распространялся бы со скоростью света с. Но это не так. Скорее, сигнал, проходящий по электрическому кабелю, включает взаимодействие как флуктуаций электромагнитного поля (волны), так и электронов.
По этой причине скорость сигнала намного выше скорости дрейфа электронов, но меньше скорости света в вакууме. Обычно скорость сигнала несколько близка к скорости света в вакууме. Обратите внимание, что обсуждаемая здесь «скорость сигнала» описывает физическую скорость электромагнитных эффектов, распространяющихся по проводу. Напротив, инженеры часто используют фразу «скорость сигнала» в ненаучном ключе, когда на самом деле имеют в виду «скорость передачи данных». Хотя битовая скорость цифрового сигнала, проходящего через сеть, зависит от физической скорости сигнала в проводах, она также зависит от того, насколько хорошо компьютеры в сети могут маршрутизировать сигналы через сеть.
Рассмотрим эту аналогию. Длинная очередь людей ждет, чтобы войти в ресторан. Каждый нервно ерзает на своем месте в очереди. Человек в конце очереди становится нетерпеливым и толкает человека перед собой. В свою очередь, когда каждый человек в очереди получает толчок от человека позади него, он толкает человека перед собой.
Таким образом, толчок будет передаваться от человека к человеку вперед по линии. Толчок достигнет дверей ресторана задолго до того, как последний человек в очереди лично доберется до дверей. В этой аналогии люди представляют электроны, их руки представляют собой электромагнитное поле, а толчок представляет флуктуацию или волну в электромагнитном поле. Скорость, с которой каждый человек ерзает, представляет индивидуальная скорость электрона , скорость, с которой каждый человек в отдельности продвигается по линии, представляет скорость дрейфа электрона , а скорость, с которой толчок проходит по линии, представляет собой скорость сигнала . Основываясь на этой простой аналогии, мы ожидаем, что скорость сигнала будет очень высокой, индивидуальная скорость будет несколько высокой, а скорость дрейфа будет медленной. (Обратите внимание, что в физике есть еще одна релевантная в этом контексте скорость, называемая «фазовой скоростью». Фазовая скорость — это скорее математический инструмент, чем физическая реальность, поэтому я не думаю, что ее стоит здесь обсуждать).