Question

Электрон, прошедший разность потенциалов 100 В, влетает в плоский конденсатор вдоль его осевой линии. При каком наименьшем напряжении между пластинами конденсатора электрон вылетит из него? Расстояние между пластинами 1 см, длина пластин 10 см.

Answer 1

Смещение электрона в конденсаторе будет происходить под действием постоянной силы F = eU/d, где d - расстояние между пластинами, U - напряжение на конденсаторе

Эта сила будет придавать ему постоянное ускорение направленное к одной из пластин конденсатора, ускорение будет равно a = eU/(md)

Электрон вылетит, если за время пролета сместится менее чем на d/2

Смещение электрона

$\displaystyle\Delta = a\tau^2/2 = \frac{eU\tau^2}{2md}$

Время пролета равно отношению длины конденсатора и скорости электрона. А квадрат этого времени очень просто будет связать с кинетической энергией электрона eU_0, где U_0 - ускоряющее напряжение.

$\displaystyle\tau = L/v_0\\\tau^2 = \frac{L^2}{v_0^2} = \frac{mL^2/2}{mv_0^2/2} = \frac{mL^2/2}{eU_0}$

Подставим это в выражение для смещения, приравняв его к d/2

$\displaystyle\\d/2 = \frac{eU}{2md}\frac{mL^2/2}{eU_0} = \frac{U}{U_0}\frac{L^2}{4d}\\U = U_0\frac{2d^2}{L^2} = 2$

Ответ: 2 вольта или меньше.