Deeltjeskanon: van spanning naar snelheid

Een educatief simulatiespel. Versnel elektronen, protonen en alfadeeltjes tussen twee geladen roosters en voorspel de energie die ze winnen, hoe snel ze eruit komen, de energie in elektronvolt en de spanning die een elektron stopt.

SpanningKinetische energie

DEELTJESKANON

Energie uit 1000 V

Klaar
Zet JavaScript aan om de deeltjes af te vuren. De uitleg en het uitgewerkte voorbeeld blijven leesbaar.
Snelheid vElektrische kracht FVeld E, van hoge naar lage potentiaalJe voorspelling
Energie uit een spanningq·ΔV = ½·m·v²

Tijd

0.00 ns

t

Positie

— cm

x

Snelheid

— m/s

v

Kinetische energie

— J

K = ½·m·v²

Kinetische energie in eV

— eV

K ÷ e

Voorspel voordat je start

Typ je voorspelling om de proef klaar te zetten. Start blijft uit tot er een antwoord is.

Voorspel de energie en de snelheid.

Missiescore—

Elk antwoord moet binnen 2 % zitten: elk levert 100 punten op. Goed bij de eerste proef geeft 50 extra. Een proef telt zodra hij begint.

✓ Goed antwoord① In één keer

Zo speel je Deeltjeskanon

  1. Kies een test en lees het deeltje en de spanning op de kaart.
  2. Gebruik q·ΔV = ½·m·v², met q in C en m in kg, of tel de energie in eV: 1 eV per e per volt.
  3. Typ je voorspelling en druk op Start. Het deeltje wordt in slow motion afgevuurd; het oranje spook beweegt met jouw snelheid.
  4. Vergelijk het deeltje met het spook, en de energiebalken met je oranje lijn.

Een spanning wordt kinetische energie

Een lading q die een spanning ΔV doorloopt, verandert haar elektrische potentiële energie met q·ΔV. Als er verder niets op werkt, wordt die energie kinetische energie: q·ΔV = ½·m·v². De energie hangt alleen af van de lading en de spanning, niet van de massa of van de afstand tussen de roosters, daarom telt men haar graag in elektronvolt: een elektron dat één volt doorloopt, wint 1 eV = 1,602 × 10⁻¹⁹ J. De snelheid hangt wel van de massa af: door dezelfde spanning eindigt een proton, 1836 keer zwaarder dan een elektron, √1836 ≈ 43 keer langzamer. Andersom zegt dezelfde regel hoeveel spanning je nodig hebt om een bewegende lading te stoppen. Elektronenkanonnen in oude televisies, röntgenbuizen en deeltjesversnellers werken zo.

Een gericht leermodel

De roosters staan 4,0 cm van elkaar, met een homogeen veld ertussen en geen erbuiten; het deeltje gaat erdoorheen zonder ze te raken. Het start uit rust bij het eerste rooster, versnelt gelijkmatig tussen de roosters en glijdt door naar een detector op 10 cm; in de stoptest komt het aan met 4,0 × 10⁶ m/s en remt het af tussen de roosters, en een antwoord binnen 2 % van de stopspanning stopt het precies bij het tweede rooster. De zwaartekracht wordt verwaarloosd, en alle snelheden blijven onder 7 % van de lichtsnelheid, dus het model is niet relativistisch. Elke proef duurt nanoseconden tot honderden nanoseconden en wordt vertraagd tot ongeveer 4 s. Antwoorden binnen 2 % zijn goed.

Bij het wisselen van taal blijven je proef, voorspelling, pogingen en voortgang behouden.