Яка мінімальна швидкість електрона повинна бути, щоб іонізувати атом водню, якщо прискорююча напруга на аноді рівна

Тема занятия: Йонізація атома водню

Пояснення: Щоб зрозуміти, яка мінімальна швидкість електрона повинна бути, щоб іонізувати атом водню, давайте спочатку з"ясуємо основні поняття.

Йонізація - це процес видалення одного або декількох електронів від атома. Для водню ми говоримо про процес видалення єдиного електрона.

Щоб іонізувати атом водню, електрон повинен подолати електростатичну силу притягання до ядра. Це досягається завдяки прискоренню електрона за допомогою електричної напруги.

Фізичний закон, який описує залежність енергії електрона від його швидкості, називається релятивістською енергетичною рівнянням:

E = mc^2/sqrt(1 - v^2/c^2)

де E - енергія електрона, m - його маса, c - швидкість світла в вакуумі, v - швидкість електрона.

Щоб ізольовано іонізувати електрон від атома водню, енергія електрона повинна бути не менше за різницю між його енергією в стані належного йому енергетичного рівня і енергією його зв"язку з ядром.

Враховуючи енергетичний рівень водню (13,6 еВ), ми можемо встановити рівність:

E = mc^2/sqrt(1 - v^2/c^2) = 13,6 еВ

Враховуючи, що маса електрона (m) і швидкість світла (c) є відомими константами, можна знайти мінімальну швидкість електрона для його іонізації, розв"язавши рівняння.

Приклад використання: Знайдіть мінімальну швидкість електрона, яка потрібна для іонізації атома водню, якщо прискорююча напруга на аноді рівна 13,6 В.

Рекомендації: Для кращого зрозуміння тригонометрія, шлюб принципи й рівняння фізики, особливо релятивістської енергетики. Рекомендується також використовувати відповідні формули та константи під час обчислень.

Вправа: Знайдіть мінімальну швидкість, що необхідна електрону для іонізації атома водню при прискорюючій напрузі на аноді 20 В. (Використайте релятивістські початкові рівняння).