Давайте разберемся, как найти скорость электронов, ускоряемых в электронно-лучевой трубке за счет разности потенциалов 9,1 кВ.
Шаг 1. Запишем основное уравнение энергообмена
Когда электроны проходят через электрическое поле, их потенциальная энергия преобразуется в кинетическую.
Формула:
\[ \text{Потенциальная энергия} = \text{Кинетическая энергия} \]
то есть:
\[ e \cdot U = \frac{1}{2} m v^{2} \]
где:
- \(e = 1{,}6 \times 10^{-19}\; \mathrm{Кл}\) — заряд электрона,
- \(U = 9{,}1\, \mathrm{kV} = 9100\, \mathrm{В}\),
- \(m = 9{,}11 \times 10^{-31}\; \mathrm{кг}\) — масса электрона,
- \(v\) — искомая скорость.
Шаг 2. Подставим известные значения
\[ e U = \frac{1}{2} m v^{2} \] \[ v^{2} = \frac{2 e U}{m} \]
Подставим конкретные числа:
\[ v^{2} = \frac{2 \times 1{,}6 \times 10^{-19}\; \mathrm{Кл} \times 9100\; \mathrm{В}}{9{,}11 \times 10^{-31}\; \mathrm{кг}} \]
Шаг 3. Выполним вычисления
числителем:
\[ 2 \times 1{,}6 \times 10^{-19} \times 9100 = 2 \times 1.6 \times 10^{-19} \times 9.1 \times 10^{3} \]
Порядок действий:
- \(2 \times 1.6 = 3.2\)
- \(3.2 \times 9.1 \times 10^{3} = 3.2 \times 9.1 \times 10^{3}\)
Выполним умножение:
\[ 3.2 \times 9.1 = 29.12 \] Следовательно, числитель:
\[ 29.12 \times 10^{-19} \times 10^{3} = 29.12 \times 10^{-16} = 2.912 \times 10^{-15} \]
Делим на массу \(9.11 \times 10^{-31}\):
\[ v^{2} = \frac{2.912 \times 10^{-15}}{9.11 \times 10^{-31}} = \frac{2.912}{9.11} \times 10^{16} \]
Вычислим деление:
\[ \frac{2.912}{9.11} \approx 0.319 \]
Теперь:
\[ v^{2} \approx 0.319 \times 10^{16} = 3.19 \times 10^{15} \]
Шаг 4. Найдем скорость
\[ v = \sqrt{3.19 \times 10^{15}} \approx \sqrt{3.19} \times 10^{7.5} \]
\(\sqrt{3.19} \approx 1.79\)
\[ v \approx 1.79 \times 10^{7.5} \text{ м/с} \]
Поскольку \(10^{7.5} = 10^{7} \times \sqrt{10} \approx 10^{7} \times 3.16 = 3.16 \times 10^{7}\)
Итак,
\[ v \approx 1.79 \times 3.16 \times 10^{7} \approx 5.66 \times 10^{7}\, \mathrm{м/с} \]
Ответ:
Электроны ударяются о экран со скоростью примерно \(5.7 \times 10^{7}\) м/с.
Если нужно более точное объяснение или дополнительные сведения — скажите!