Νέα τράπεζα θεμάτων φυσικής προσανατολισμού Β λυκείου 21134

damage circuit elecronic microscope

Βλέπετε την μεγέθυνση μιας ηλεκτρονικής πλακέτας σε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Βλέπετε την βλάβη που αυτή παρουσίαζε σε μικροσκοπικό επίπεδο.

Σας παρουσιάζουμε μια άσκηση από κίνηση ηλεκτρικού φορτίου κάθετα στις δυναμικές γραμμές ηλεκτρικού πεδίου, μια οριζόντια βολή σε ηλεκτρικό πεδίο.

Επιστρέψτε στη σελίδα που φιλοξενεί όλα τα θέματα.

ΘΕΜΑ Δ

Οι παράλληλοι οπλισμοί ενός επίπεδου πυκνωτή απέχουν μεταξύ τους απόσταση d = 1 cm, και έχουν διαφορά δυναμικού V = 1000 V. Ο κάθε οπλισμός είναι τετράγωνος με πλευρά I = 10 cm. Δέσμη ηλεκτρονίων, κινητικής ενέργειας K = 10-14 J, εισέρχεται κάθετα στις δυναμικές γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου του πυκνωτή και τελικά εξέρχεται εφαπτομενικά από τον κάτω οπλισμό του πυκνωτή, όπως φαίνεται στο σχήμα που ακολουθεί.

21134 b kat

Να υπολογιστούν:

Δ1. Η χωρητικότητα του πυκνωτή.

Δ2. Η ένταση Ε του ηλεκτρικού πεδίου και η ηλεκτρική δύναμη F που δέχεται κάθε ηλεκτρόνιο. Να σχεδιάσετε το διάνυσμα της δύναμης F .

Δ3. Η απόσταση y του σημείου εξόδου της δέσμης από την αρχική διεύθυνσή της.

Δ4. Η διαφορά δυναμικού μεταξύ των σημείων εισόδου και εξόδου, καθώς και το έργο της ηλεκτρικής δύναμης που ασκείται σε καθένα από τα ηλεκτρόνια της δέσμης κατά τη διάρκεια της κίνησής τους στο ομογενές ηλεκτρικό πεδίο του πυκνωτή.

Δίνονται η σταθερά ε0 = 8,85·10-12 C2 / (N∙m2 ) και το φορτίο του ηλεκτρονίου e = -1,6∙10-19 C.

Λύση

Δ1.

Η εξάρτηση της χωρητικότητας του πυκνωτή από τα γεωμετρικά του στοιχεία :

C = ε0·(S / d) ⇒ C = ε0·(l² / d) ⇒ C = 8,85·10-12·((10-1)² / 10-2) ⇒ C = 8,85·10-12 F .

Δ2.

H σχέση έντασης ηλεκτρικού πεδίου Ε και διαφοράς δυναμικού V σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο :

Ε = V / d ⇒ E = 10/ 10-2 ⇒ E = 10V / m .

H ένταση του ηλεκτρικού πεδίου ορίζεται :

Ε = F/ │e│ ⇒ F= │e│·E ⇒ F= 1,6∙10-19·10⇒ F= 1,6∙10-14 N .

H δύναμη Coulomb έχει αντίθετη φορά από την ένταση, για το φορτίο είναι αρνητικό.

Δ3.

21134 b kat_1

Στο Δ2 δείξαμε ότι  F= │e│·E .

2ος Newton :

ΣF = m·α ⇒ F= m·α ⇒ │e│·E = m·α ⇒ α = │e│·E / m …(Ι) .

Η δέσμη των ηλεκτρονίων εκτελεί οριζόντια βολή μέσα στο ομογενές ηλεκτρικό πεδίο.

Στον άξονα x τα ηλεκτρόνια εκτελούν ευθύγραμμη ομαλή κίνηση, για x = l :

υ = x / t ⇒ υ = l / t ⇒ t = l / υ …(ΙΙ) .

Η κινητική ενέργεια της δέσμης των ηλεκτρονίων :

Κ = ½·m·υ² ⇒ υ² = 2·Κ / m …(IIΙ) .

H απόκλιση της δέσμης των ηλεκτρονίων κατά την έξοδο τους από το ηλεκτρικό πεδίο :

y = ½∙α∙t2

( από τις σχέσεις (Ι) και (ΙΙ))

y = ½∙(│e│·E / m)∙(l / υ)2

(από την σχέση (ΙΙΙ))

y = (│e│·E / 2m)∙(l2 / (2·K / m)) ⇒ y = │e│∙E∙l2 / (4·K) ⇒ y = 1,6∙10-19·105·(10-1)² / (4·10-14) ⇒ y = 4·10-3 m .

Δ4.

H ένταση του ηλεκτρικού πεδίου :

Ε =│VAΓ │/ y ⇒ │VAΓ │ = E·y ⇒ │VAΓ │ = 105·4·10-3 ⇒ │VAΓ │ = 400 V .

To έργο της δύναμης Coulomb για τα ηλεκτρόνια της δέσμης κατά την μετακίνηση τους από το Α στο Γ :

WFc, A → Γ = Fc·y ⇒ WFc, A → Γ = 1,6∙10-14·4·10-3 ⇒ WFc, A → Γ = 64∙10-18 joule .

Άλλος τρόπος από τον φίλο και συνεργάτη Μαρίνο Ηλιόπουλο :

Από τον ορισμό της διαφοράς δυναμικού :

│VAΓ │ = WFc, A → Γ / │e│ ⇒ WFc, A → Γ = │e│·│VAΓ │ ⇒ WFc, A → Γ = 1,6∙10-19·400 ⇒ WFc, A → Γ = 64∙10-18 joule .

Μια άσκηση που προτείνουμε να λυθεί στην τάξη από τον καθηγητή.

Επιστρέψτε στη σελίδα που φιλοξενεί όλα τα θέματα.

Advertisements

2 thoughts on “Νέα τράπεζα θεμάτων φυσικής προσανατολισμού Β λυκείου 21134

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s