மின்சார புலத்தில் ஒரு எலக்ட்ரான்

மின்சார புலத்தில் எலக்ட்ரானின் இயக்கம் மின் பொறியியலுக்கு மிக முக்கியமான இயற்பியல் செயல்முறைகளில் ஒன்றாகும். படம் வெற்றிடத்தில் இது எப்படி நடக்கிறது என்று பார்ப்போம். ஒரு சீரான மின்சார புலத்தில் கேத்தோடிலிருந்து அனோடிற்கு எலக்ட்ரானின் இயக்கத்தின் உதாரணத்தை முதலில் கருத்தில் கொள்வோம்.

கீழே உள்ள படம் ஒரு சூழ்நிலையைக் காட்டுகிறது எதிர் மின்னணு எதிர்மறை மின்முனையை (கத்தோட்) புறக்கணிக்கத்தக்க சிறிய ஆரம்ப வேகத்துடன் (பூஜ்ஜியத்திற்குச் செல்கிறது) விட்டுவிட்டு நுழைகிறது ஒரு சீரான மின்சார புலத்தில்இரண்டு மின்முனைகளுக்கு இடையில் உள்ளது.

மின்முனைகளுக்கு ஒரு நிலையான மின்னழுத்தம் U பயன்படுத்தப்படுகிறது, மேலும் மின்சார புலம் தொடர்புடைய வலிமை E. மின்முனைகளுக்கு இடையே உள்ள தூரம் d க்கு சமம். இந்த வழக்கில், புலத்தின் பக்கத்திலிருந்து எலக்ட்ரானின் மீது ஒரு விசை F செயல்படும், இது எலக்ட்ரானின் சார்ஜ் மற்றும் புலத்தின் வலிமைக்கு விகிதாசாரமாகும்:

எலக்ட்ரானுக்கு எதிர்மறை மின்னூட்டம் இருப்பதால், இந்த விசை புல வலிமை திசையன் E க்கு எதிராக இயக்கப்படும். அதன்படி, எலக்ட்ரான் மின்சார புலத்தால் அந்த திசையில் துரிதப்படுத்தப்படும்.

எலக்ட்ரானால் அனுபவிக்கப்படும் முடுக்கம் அதன் மீது செயல்படும் F விசையின் அளவிற்கு விகிதாசாரமாகும் மற்றும் எலக்ட்ரானின் நிறை m க்கு நேர்மாறான விகிதாசாரமாகும்.புலம் ஒரே மாதிரியாக இருப்பதால், கொடுக்கப்பட்ட படத்திற்கான முடுக்கம் பின்வருமாறு வெளிப்படுத்தப்படலாம்:

இந்த சூத்திரத்தில், எலக்ட்ரானின் சார்ஜ் மற்றும் அதன் வெகுஜன விகிதம் என்பது எலக்ட்ரானின் குறிப்பிட்ட சார்ஜ் ஆகும், இது ஒரு இயற்பியல் மாறிலி ஆகும்:

எனவே எலக்ட்ரான் ஒரு முடுக்கி மின்சார புலத்தில் உள்ளது, ஏனெனில் ஆரம்ப வேகம் v0 இன் திசையானது புலத்தின் பக்கத்திலுள்ள F விசையின் திசையுடன் ஒத்துப்போகிறது, எனவே எலக்ட்ரான் ஒரே சீராக நகரும். தடைகள் ஏதும் இல்லை என்றால், அது மின்முனைகளுக்கு இடையே d பாதையில் பயணித்து, குறிப்பிட்ட வேகத்தில் v உடன் நேர்மின்முனையை (நேர்மறை மின்முனை) அடையும். எலக்ட்ரான் நேர்மின்முனையை அடையும் தருணத்தில், அதன் இயக்க ஆற்றல் அதற்கேற்ப சமமாக இருக்கும்:

முழு பாதையிலும் d எலக்ட்ரான் மின்சார புலத்தின் சக்திகளால் துரிதப்படுத்தப்படுவதால், புலத்தின் பக்கத்தில் செயல்படும் சக்தியால் செய்யப்படும் வேலையின் விளைவாக அது இந்த இயக்க ஆற்றலைப் பெறுகிறது. இந்த வேலை இதற்கு சமம்:

பின்னர் புலத்தில் நகரும் எலக்ட்ரானால் பெறப்பட்ட இயக்க ஆற்றலை பின்வருமாறு காணலாம்:

அதாவது, U ஒரு சாத்தியமான வேறுபாட்டைக் கொண்ட புள்ளிகளுக்கு இடையில் எலக்ட்ரானை முடுக்கிவிடுவது புல சக்திகளின் வேலையைத் தவிர வேறில்லை.

இத்தகைய சூழ்நிலைகளில், எலக்ட்ரானின் ஆற்றலை வெளிப்படுத்த, "எலக்ட்ரான் வோல்ட்" போன்ற அளவீட்டு அலகு பயன்படுத்த வசதியாக உள்ளது, இது 1 வோல்ட் மின்னழுத்தத்தில் எலக்ட்ரானின் ஆற்றலுக்கு சமம். எலக்ட்ரான் சார்ஜ் நிலையானதாக இருப்பதால், 1 எலக்ட்ரோவோல்ட்டும் ஒரு நிலையான மதிப்பு:

முந்தைய சூத்திரத்திலிருந்து, முடுக்கப்படும் மின்சார புலத்தில் நகரும் போது அதன் பாதையில் எந்த புள்ளியிலும் எலக்ட்ரானின் வேகத்தை நீங்கள் எளிதாக தீர்மானிக்க முடியும், முடுக்கும்போது அது கடந்து செல்லும் சாத்தியமான வேறுபாட்டை மட்டுமே அறிந்து கொள்ளலாம்:

நாம் பார்க்க முடியும் என, முடுக்கி புலத்தில் ஒரு எலக்ட்ரானின் வேகம் அதன் பாதையின் இறுதிப் புள்ளிக்கும் தொடக்கப் புள்ளிக்கும் இடையே உள்ள சாத்தியமான வேறுபாட்டை மட்டுமே சார்ந்துள்ளது.

எலக்ட்ரான் மிகக் குறைவான வேகத்தில் கேத்தோடிலிருந்து விலகிச் செல்லத் தொடங்குகிறது, மேலும் கேத்தோடிற்கும் அனோடிற்கும் இடையிலான மின்னழுத்தம் 400 வோல்ட் ஆகும் என்று கற்பனை செய்து பாருங்கள். இந்த வழக்கில், அனோடை அடையும் தருணத்தில், அதன் வேகம் இதற்கு சமமாக இருக்கும்:

எலெக்ட்ரோடுகளுக்கு இடையே உள்ள தூரம் d ஐ எலக்ட்ரான் பயணிக்கத் தேவையான நேரத்தை நிர்ணயிப்பதும் எளிது. ஓய்வில் இருந்து சீரான முடுக்கப்பட்ட இயக்கத்துடன், சராசரி வேகம் இறுதி வேகத்தில் பாதியாகக் காணப்படுகிறது, பின்னர் மின்சார புலத்தில் துரிதப்படுத்தப்பட்ட விமானத்தின் நேரம் சமமாக இருக்கும்:

ஒரு எலக்ட்ரான் ஒரு சீரான மின்புலத்தில் நகரும் போது ஒரு உதாரணத்தை இப்போது பார்ப்போம், அதாவது, புலம் முன்பு போலவே இயக்கப்படுகிறது, ஆனால் எலக்ட்ரான் எதிர் திசையில் - அனோடிலிருந்து கேத்தோடிற்கு நகரத் தொடங்குகிறது.

எலக்ட்ரான் சில ஆரம்ப வேகம் v உடன் அனோடை விட்டு வெளியேறி, ஆரம்பத்தில் கேத்தோடின் திசையில் நகரத் தொடங்கியது என்று வைத்துக்கொள்வோம். இந்த வழக்கில், மின்புலத்தின் பக்கத்திலிருந்து எலக்ட்ரானில் செயல்படும் F விசை மின் தீவிர திசையன் E - கேத்தோடிலிருந்து நேர்மின்முனைக்கு எதிராக இயக்கப்படும்.

இது எலக்ட்ரானின் ஆரம்ப வேகத்தைக் குறைக்கத் தொடங்கும், அதாவது புலம் எலக்ட்ரானின் வேகத்தைக் குறைக்கும். இதன் பொருள் இந்த நிலைமைகளின் கீழ் எலக்ட்ரான் சீராகவும் சீராகவும் மெதுவாக நகரத் தொடங்கும். நிலைமை பின்வருமாறு விவரிக்கப்பட்டுள்ளது: "ஒரு எலக்ட்ரான் குறையும் மின்சார புலத்தில் நகர்கிறது."

அனோடில் இருந்து, எலக்ட்ரான் பூஜ்ஜியமற்ற இயக்க ஆற்றலுடன் நகரத் தொடங்கியது, இது குறைவின் போது குறையத் தொடங்குகிறது, ஏனெனில் ஆற்றல் இப்போது எலக்ட்ரானில் உள்ள புலத்திலிருந்து செயல்படும் சக்தியைக் கடப்பதில் செலவிடப்படுகிறது.

நேர்மின்முனையிலிருந்து வெளியேறும் எலக்ட்ரானின் ஆரம்ப இயக்க ஆற்றல், மின்முனையிலிருந்து எதிர்மின்முனைக்கு (முதல் எடுத்துக்காட்டில் உள்ளதைப் போல) நகரும் போது எலக்ட்ரானை முடுக்கிவிட, புலம் செலவழிக்க வேண்டிய ஆற்றலை விட உடனடியாக அதிகமாக இருந்தால், எலக்ட்ரான் d தூரம் பயணித்து, பிரேக்கிங் செய்தாலும் இறுதியில் கேத்தோடைச் சென்றடையும்.

எலக்ட்ரானின் ஆரம்ப இயக்க ஆற்றல் இந்த முக்கியமான மதிப்பை விட குறைவாக இருந்தால், எலக்ட்ரான் கேத்தோடை அடையாது. ஒரு குறிப்பிட்ட கட்டத்தில் அது நின்றுவிடும், பின்னர் நேர்மின்முனைக்கு ஒரே சீரான முடுக்கப்பட்ட இயக்கத்தைத் தொடங்கும். இதன் விளைவாக, புலம் அதை நிறுத்தும் செயல்பாட்டில் செலவழித்த ஆற்றலைத் திருப்பித் தரும்.

ஆனால் ஒரு எலக்ட்ரான் சரியான கோணத்தில் ஒரு மின்சார புலத்தின் செயல்பாட்டின் பகுதியில் v0 வேகத்துடன் பறந்தால் என்ன செய்வது? வெளிப்படையாக, இந்த பகுதியில் புலத்தின் பக்கத்திலுள்ள விசையானது எதிர்மின்முனையிலிருந்து எதிர்மின்முனைக்கு எலக்ட்ரானுக்காக இயக்கப்படுகிறது, அதாவது மின்சார புலம் வலிமை திசையன் E க்கு எதிராக.

இதன் பொருள் இப்போது எலக்ட்ரான் இயக்கத்தின் இரண்டு கூறுகளைக் கொண்டுள்ளது: முதலாவது - புலத்திற்கு செங்குத்தாக ஒரு திசைவேகம் v0, இரண்டாவது - நேர்மின்முனையை நோக்கி இயக்கப்பட்ட புலத்தின் பக்கத்திலிருந்து விசையின் செயல்பாட்டின் கீழ் ஒரே மாதிரியாக முடுக்கிவிடப்படுகிறது.

செயல்பாட்டுத் துறையில் பறந்து, எலக்ட்ரான் ஒரு பரவளையப் பாதையில் நகர்கிறது என்று மாறிவிடும். ஆனால் புலத்தின் செயல்பாட்டுப் பகுதியிலிருந்து வெளியே பறந்த பிறகு, எலக்ட்ரான் ஒரு நேர்கோட்டுப் பாதையில் மந்தநிலையால் அதன் சீரான இயக்கத்தைத் தொடரும்.