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Die Geschwindigkeit eines Elektrons zwischen zwei Platten zu bestimmen, das ist eine interessante Herausforderung der Physik. Man betrachtet · dass sich das Elektron mit einer Spannung von 1 Volt bewegt · während es gleichzeitig einen Abstand von 20 cm überwinden muss. Die Materie der Physik wird hier durch die Berechnung der kinetischen Energie und die Anwendung grundlegender Formeln aufgebaut.
Zuerst schauen wir uns die Energie an. Die kinetische Energie eines Elektrons, das eine Spannung U durchläuft, wird durch die Formel E = U * e dargestellt. Die Elementarladung e beträgt etwa 1⸴602 × 10^-19 Coulomb. Somit ergibt sich für unsere Spannung von 1 Volt:
E = 1 V (1,602 10^-19 C) = 1⸴602 * 10^-19 Joule.
Kinetische Energie definiert sich ebenfalls als E = 0⸴5 * m * v^2. Hierbei steht m für die Masse des Elektrons und v für seine Geschwindigkeit. Für das Elektron gilt eine Masse von etwa 9⸴1 × 10^-31 kg. Nun setzen wir die Formeln gleich:
U e = 0⸴5 m * v^2.
Das ist einfach – jetzt bringen wir alles in die richtige Reihenfolge. Setzen wir nun die Werte in die Gleichung ein:
1⸴602 10^-19 C = 0⸴5 (9,1 10^-31 kg) v^2.
Wir können v^2 isolieren, indem wir die Gleichung umstellen:
v^2 = (1,602 10^-19 C) / (0,5 9⸴1 * 10^-31 kg).
Diese Umstellung ermöglicht es uns die Berechnungen fortzusetzen.
Das ist yet another Schritt. Nehmen wir nun die Wurzel beider Seiten. So isolieren wir v:
v = √((1,602 10^-19 C) / (0,5 9⸴1 * 10^-31 kg)).
Die Berechnung führt zur Geschwindigkeit des Elektrons das durch das elektrische Feld zwischen den Platten beschleunigt wird. Natürlich ist die Resultierende Geschwindigkeit hoch. Exakte Werte können durch einen Taschenrechner ermittelt werden - rechnen wir an.
Die Geschwindigkeit des Elektrons in diesem Szenario beträgt etwa 1⸴2 * 10^6 m/s, wenn alle Schritte korrekt durchgeführt wurden. Diese einfache Berechnung basiert jedoch auf klassischen physikalischen Prinzipien. Es ignoriert relativistische Effekte welche bei solchen Geschwindigkeiten relevant werden können.
Es ist entscheidend diese Grundlagen der klassischen Mechanik bereits in frühen Schuljahren zu kennen. Physik erweitert den Horizont und gibt Antworten auf existenzielle Fragen über die Natur. Falls du weitere Informationen über relativistische Betrachtungen benötigst ´ zögere nicht ` nachzufragen.
Geschwindigkeit eines Elektrons zwischen zwei Platten mit einer Spannung von 1V
Wie berechnet man die Geschwindigkeit eines Elektrons, das sich zwischen zwei Platten mit einer Spannung von 1V bewegt?