Яка швидкість повинна бути у електрона, щоб іонізувати атом водню, якщо потужність прискорюючої анодної напруги

Физика: Йона отримання швидкості електрона для іонізації атома водню.

Пояснення:
Іонізація атома водню відбувається, коли електрон, який знаходиться в найнижчому енергетичному рівні (називається також основним станом), збільшує свою енергію і переходить на більш високий рівень. Це може бути досягнуто, подолавши потенціал надтошвидко (спричинюючи прискорення) інаудованою частинкою. Для електрона, який зазнає прискорення від анодної напруги, потужність цього прискорення може бути дана виразом:

P = e * U

де P - потужність прискорюючої анодної напруги, e - заряд електрона, U - напруга.

Щоб іонізувати атом водню, потужність прискорення електрона повинна бути рівною або більшою за 13,6 еВ (еволюційні вольти), що є енергетичною різницею між основним станом і першим збудженим станом атома водню.

Аби знайти швидкість електрона, необхідну для цього прискорення, спочатку використовуємо наступне співвідношення:

P = (1/2) * m * v^2

де m - маса електрона, v - швидкість.

Оскільки маса електрона становить 9,10938356 × 10^-31 кг, ми можемо розв"язати рівняння для визначення швидкості v.

Приклад використання:
Завдання: Яка швидкість повинна бути у електрона, щоб іонізувати атом водню, якщо потужність прискорюючої анодної напруги становить 13,6 еВ?

Рішення:
Знаємо, що потужність (P) дорівнює 13,6 еВ. Підставимо це значення в формулу:

13,6 еВ = (1/2) * (9,10938356 × 10^-31 кг) * v^2

Тепер ми можемо вирішити рівняння за швидкістю v.

Порада:
Щоб краще зрозуміти цю тему, рекомендується ознайомитися з концепціями пов"язаними з енергією, дробовими потенціалами та рівнями енергії в атомах.

Вправа:
Задача: Яка швидкість електрона необхідна для іонізації атома гелію, якщо потужність прискорюючої анодної напруги становить 24,6 еВ? Відомо, що маса електрона дорівнює 9,10938356 × 10^-31 кг.