Electric current in gases and vacuum
1.
Ako vzniká elektrický prúd v plynoch a vo vákuu?
Riešenie:
Elektrický prúd v plynoch (výboj) je usporiadaný pohyb voľných iónov a elektrónov. Len ionizovaný plyn vedie elektrický prúd. Ionizačná energia je najmenšia možná energia, ktorá je potrebná na ionizáciu plynu (na rozbitie neutrálneho atómu na ióny a elektróny
Ionizačná energia:
m = hmotnosť častice,
v = rýchlosť častice,
Q = náboj častice,
λ = stredná voľná dráha častice,
E = veľkosť intenzity elektrického poľa,
U = napätie medzi elektródami
Elektrický prúd vo vákuu – katódové žiarenie – je usmernený tok elektrónov emitujúcich kolmo z katódy.
- Fotoemisia elektrónov = emisia spôsobená silným svetlom
- Termoemisia elektrónov = emisia spôsobená vysokou teplotou
- Výstupná práca = najmenšia energia potrebná na uvoľnenie elektrónu z telesa
2.
Medzi platňami kondenzátora so vzduchovým dielektrikom, ktoré sú od seba vzdialené 0,5 cm je elektrické napätie 10kV. Akú rýchlosť má elektrón v okamihu zrážky s molekulou kyslíka, ktorú ionizoval?Aká je stredná voľná dráha elektróna?
Riešenie:
Rozbor:
l = 5.10–3m, U = 104V, Ei = 13,6eV = 13,6.1,602.10–19J = 21,787.10–19J, Q = e =1,602.10–19C,
me = 9,1.10–31kg,
- Elektrón v okamihu zrážky s molekulou kyslíka mal rýchlosť v = 2,2.106m.s–1
- Stredná voľná dráha elektróna je 6,8μm.
3.
Pri akom napätí sa rozsvieti neónová lampa pri ionizačnej energii 21,6eV a strednej voľnej dráhe elektrónov 1mm. Vzdialenosť medzi elektródami lampy je 1cm.
Riešenie:
Rozbor:
Ei(Ne) = 21,6eV = 34,6.10-19J, λ = 10–3m, l = 10–2m, Q = e = 1,602.10-19C, U = ?
Ei = Q.E.λ
Neónová lampa sa rozsvieti pri napätí U = 216V.
4.
Napätie medzi anódou a katódou, ktoré sú vo vzdialenosti 10cm je 300V. Určite veľkosť rýchlosti elektrónov pri dopade na anódu, ich zrýchlenie a čas pohybu od katódy na anódu.
Riešenie:
Rozbor:
l = s = 10–1m, U = 300V, Q = e = 1,602.10–19C, me = 9,1.10–31kg
- Rýchlosť elektrónov pri dopade na anódu je v = 10,3.106m.s-1.
- Ich zrýchlenie a = 530.1012m.s–2 .
- Čas pohybu elektrónov od katódy na anódu je t =0,0194μs.
5.
Určite koľkokrát je rýchlosť elektrónov pri dopade na anódu pri napätí U1=360V väčšia ako pri napätí U2=40V.
Riešenie:
Rozbor:
U1 = 360V, U2 = 40V.
Rýchlosť elektrónov pri dopade na anódu pri napätí U1=360V je trikrát väčšia ako pri napätí U2=40V.
6.
Elektrón vletel medzi horizontálne vychyľovacie platničky televíznej obrazovky. Za predpokladu že medzi nimi je homogénne elektrické pole s intenzitou 105V.m–1 a že zanedbáme vplyv tiažového poľa, určite zrýchlenie elektrónu v elektrickom poli!
Riešenie:
Rozbor:
Zrýchlenie elektrónu v elektrickom poli je a = 176.1014m.s–2.
7.
Ak je veľkosť intenzity elektrického poľa 3.106V.m–1, nastáva vo vzduchu pri normálnom tlaku iskrový výboj. Vypočítajte kinetickú energiu elektrónu, ktorú dosiahne, ak jeho stredná voľná dráha je 5.10–6m.
Riešenie:
Rozbor:
Kinetická energia elektrónu je Ek = 2,4.10–18J.
8.
Pri napätí 800V vzniká v katódovej trubici prúd 5mA. Aké teplo sa uvoľní na anóde za 1minútu, ak predpokladáme, že celá kinetická energia sa premenila na teplo?
Riešenie:
Rozbor:
9.
Elektrón, ktorý v elektrickom poli prešiel z bodu A do bodu B, zväčšil veľkosť svojej rýchlosti z 800km.s–1 na 4000km.s–1. Určite napätie medzi týmito bodmi!
Riešenie:
Rozbor:
Napätie medzi bodmi A,B je U = 44V.
10.
Medzi zemou a mrakom vznikol výboj vo forme blesku, pri ktorom bol prenesený náboj 20C. Rozdiel potenciálov medzi mrakom a zemou bol 106V. Blesk trval 10–3s. Určite energiu výboja a prúd .
Riešenie:
Rozbor:
