Tunul de particule: din tensiune în viteză

Un joc educativ de simulare. Accelerează electroni, protoni și particule alfa între două grile încărcate și prezice energia pe care o câștigă, cât de repede ies, energia în electronvolți și tensiunea care oprește un electron.

Tensiune electricăEnergie cinetică

TUNUL DE PARTICULE

Energie din 1000 V

Gata
Activează JavaScript ca să tragi particulele. Instrucțiunile și exemplul rezolvat rămân lizibile.
Viteza vForța electrică FCâmpul E, de la potențial înalt la josPredicția ta
Energie dintr-o tensiuneq·ΔV = ½·m·v²

Timp

0.00 ns

t

Poziție

— cm

x

Viteză

— m/s

v

Energie cinetică

— J

K = ½·m·v²

Energie cinetică în eV

— eV

K ÷ e

Prezice înainte să pornești

Scrie predicția ta ca să pregătești încercarea. Start rămâne inactiv până există un răspuns.

Prezice energia și viteza.

Scorul misiunii—

Fiecare răspuns trebuie să fie în limita a 2 %: fiecare aduce 100 de puncte. Corect la prima încercare mai aduce 50. O încercare contează din momentul în care începe.

✓ Răspuns corect① Din prima

Cum se joacă Tunul de particule

  1. Alege un test și citește pe card particula și tensiunea.
  2. Folosește q·ΔV = ½·m·v², cu q în C și m în kg, sau numără energia în eV: 1 eV pentru fiecare e prin fiecare volt.
  3. Scrie predicția ta și apasă Start. Particula este trasă cu încetinitorul; fantoma portocalie se mișcă cu viteza ta.
  4. Compară particula cu fantoma, iar barele de energie cu linia ta portocalie.

O tensiune devine energie cinetică

O sarcină q care străbate o tensiune ΔV își schimbă energia potențială electrică cu q·ΔV. Dacă nimic altceva nu acționează asupra ei, această energie devine energie cinetică: q·ΔV = ½·m·v². Energia depinde doar de sarcină și de tensiune, nu de masă sau de distanța dintre grile, așa că e comod s-o numărăm în electronvolți: un electron care străbate un volt câștigă 1 eV = 1,602 × 10⁻¹⁹ J. Viteza însă depinde de masă: prin aceeași tensiune, un proton, de 1836 de ori mai greu decât un electron, ajunge de √1836 ≈ 43 de ori mai lent. Folosită invers, aceeași regulă spune ce tensiune trebuie ca să oprești o sarcină în mișcare. Tunurile de electroni din televizoarele vechi, tuburile de raze X și acceleratoarele de particule funcționează astfel.

Un model de învățare țintit

Grilele sunt la 4,0 cm una de alta, cu un câmp uniform între ele și niciunul în afară; particula trece prin ele fără să le atingă. Pornește din repaus la prima grilă, accelerează uniform între grile și merge mai departe până la un detector aflat la 10 cm; în testul de oprire sosește cu 4,0 × 10⁶ m/s și încetinește între grile, iar un răspuns în limita a 2 % din tensiunea de oprire o oprește exact la a doua grilă. Gravitația este neglijată, iar toate vitezele rămân sub 7 % din viteza luminii, deci modelul nu este relativist. Fiecare încercare durează de la nanosecunde la sute de nanosecunde și este încetinită ca să dureze aproximativ 4 s. Răspunsurile în limita a 2 % sunt corecte.

Schimbând limba îți păstrezi proba, predicția, încercările și desfășurarea.