Edits to “Условие”, “Решение”, “Ответ”

emixter edited
revision #15275 parent #15274 ← older newer →
@@ -1,11 +1,48 @@
### Условие
−$10.1.13.$ [Вставьте условие задачи]
+$10.1.13.$ $\textbf{а. }$ Вакуумное устройство состоит из соосных цилиндра радиуса $R$ и проволочки, помещенных в продольное магнитное поле индукции $B$. При нагревании проволочки с ее поверхности вылетают электроны с кинетической энергией $K$; при этом во внешней цепи между цилиндром и проволочкой протекает ток $I$. Нарисуйте зависимость $I$ от $B$. Найдите значения $B$, при которых ток в вакууме равен нулю.
+$\textbf{б. }$ На рисунке изображены две зависимости $I$ от $B$ при различном давлении $P_{1}$ и $P_{2}$ остаточных газов. Какое давление больше?
+
+![К задаче $10.1.13$|453x161, 40%](../../img/10.1.13/10.1.13.png)
+
### Решение
−dsf
+$\textbf{а. }$ Поперечным размером проволоки - пренебрегаем. Будем считать, что электроны вылетают из проволоки радиально и их скорости $\upsilon$ строго перпендикулярны силовым линиям. На электрон действует сила Лоренца, которая закручивает электрон по окружности. Согласно второго закона Ньютона:
+$$eB\upsilon=\frac{m_{e}\upsilon^{2}}{r}\Rightarrow r=\frac{m_{e}\upsilon}{eB} \tag{1}$$
+
+Из определения кинетической энергии:
+
+$$\frac{1}{2}m_{e}\upsilon^{2}=K\Rightarrow \upsilon=\sqrt{\frac{2K}{m_{e}}} \tag{2}$$
+
+Подставим (2) в (1):
+
+$$r=\frac{m_{e}}{eB}\sqrt{\frac{2K}{m_{e}}}=\frac{\sqrt{2m_{e}K}}{eB}$$
+
+Видим, что чем больше $B$, тем менше $r$. Условие достижения электроном стенки цилиндра радиуса $R$:
+
+$$2r\ge R$$
+$$2\cdot\frac{\sqrt{2m_{e}K}}{eB}\ge R$$
+
+Отсюда граничное значение магнитной индукции:
+
+$$B_{0}=\frac{2\sqrt{2m_{e}K}}{eR}$$
+
+При $B\le B_{0}$ в вакууме все электроны достигнут цилиндра и будет идти некоторый постоянный ток $I_{0}$. При $B\gt B_{0}$ электроны не достигнут стенки цилиндра и ток будет отсутствовать. График зависимости $I(B)$ в вакууме будет в виде ступеньки:
+
+![|172x124, 40%](../../img/10.1.13/10.1.13_1.png)
+
+$\textbf{б. }$ При наличии остаточного газа электроны могут сталкиваться с молекулами газа. Такие столкновения изменяют направления скоростей — это даёт шанс электрону достичь стенки цилиндра даже если первоначально $2r\lt R$. Следовательно, при более высоком давлении происходит больше столкновений и ток сохраняется при больших $B$. Из графика условия задачи видно, что граничное значение магнитной индукции:
+
+$$B_{0_{2}} \gt B_{0_{1}}$$
+
+Значит, $P_{2}\gt P_{1}$.
+
#### Ответ
−[Вставьте краткий ответ или результат в рамке]
+$\textbf{а. }$ ![|172x124, 40%](../../img/10.1.13/10.1.13_1.png)
+
+$$B\ge B_{0}=\frac{2\sqrt{2m_{e}K}}{eR}$$
+
+$\textbf{б. }$ $P_{2}\gt P_{1}$