Feixe de elétrons: desviar cargas com um campo

Um jogo de simulação educativo. Dispara elétrons entre duas placas carregadas num tubo de raios catódicos e prevê o campo, a aceleração, quanto o feixe se desvia, a tensão que acerta num alvo e como se desvia um próton.

Campo uniformePartículas carregadas

FEIXE DE ELÉTRONS

Campo entre as placas

Pronto
Ativa o JavaScript para disparar o feixe. As instruções e o exemplo resolvido continuam legíveis.
Velocidade vForça elétrica FCampo E, de + para −Sua previsão
Desviar um feixey = ½·(q·E ÷ m)·(L ÷ v₀)²

Tempo

0.00 ns

t

Campo entre as placas

— V/m

E = V ÷ d

Aceleração transversal

— m/s²

a_y

Altura acima do eixo

—

y

Velocidade transversal

— m/s

v_y

Preveja antes de começar

Escreve a tua previsão para preparar o ensaio. Iniciar fica desativado até haver uma resposta.

Prevê como o campo desvia o feixe.

Pontuação da missão—

Cada resposta tem de estar dentro de 2 %: cada uma vale 100 pontos. Acertar no primeiro ensaio dá mais 50. Um ensaio conta assim que começa.

✓ Resposta certa① De primeira

Como jogar Feixe de elétrons

  1. Escolhe um teste e lê no cartão as placas, o campo e o feixe.
  2. Usa E = V ÷ d, a = q·E ÷ m, t = L ÷ v₀ e y = ½·a·t², em metros, segundos e coulombs.
  3. Escreve a tua previsão e carrega em Iniciar. A partícula é disparada em câmara lenta; a tua previsão é a trajetória laranja a tracejado.
  4. Compara a trajetória luminosa com a tua laranja, dentro das placas e no painel da direita.

Um campo uniforme desvia um feixe

Duas placas paralelas a uma distância d, com uma tensão V entre elas, criam um campo uniforme E = V ÷ d que aponta da placa + para a placa −: um volt por metro é um newton por coulomb. Uma carga q ali sente a mesma força q·E em todo o lado, por isso uma partícula disparada a direito entre as placas move-se como uma bola lançada na horizontal: a sua velocidade ao longo do tubo continua a ser v₀, enquanto através do tubo acelera de forma constante, a = q·E ÷ m. A sua trajetória é uma parábola, y = ½·a·(x ÷ v₀)², e ao sair das placas segue a direito. Um elétron é tão leve que um campo modesto lhe dá uma aceleração de cerca de 10¹⁵ m/s², e a gravidade não conta nada. Um próton com a mesma carga em tamanho desvia-se para o outro lado e cerca de 1836 vezes menos. Os antigos televisores de tubo, os osciloscópios e as impressoras de jato de tinta dirigem feixes assim.

Um modelo de aprendizagem focado

O campo é uniforme entre as placas e nulo fora delas, sem efeitos de borda. A partícula entra pelo eixo, mantém a velocidade ao longo do tubo e acelera de forma constante através dele, por isso a sua altura é uma parábola entre as placas e uma reta depois; se chegar a uma placa, para nela nesse mesmo instante. A gravidade é ignorada: aqui é cerca de 10¹⁴ vezes mais fraca do que a força elétrica. Em todos os testes a velocidade fica abaixo de 9 % da velocidade da luz, por isso o modelo não é relativista. Cada ensaio dura alguns nanossegundos e é abrandado para durar cerca de 4 s. As respostas dentro de 2 % estão certas.

Ao trocar de idioma, seu teste, previsão, tentativas e rodada são mantidos.