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

jzmicer edited
revision #16103 parent #16102 ← older
@@ -1,16 +1,57 @@
### Условие
−$7.1.7.$ [Вставьте условие задачи]
+$7.1.7.$ Пучок электронов$^{∗)}$ входит со скоростью $v$ в плоский конденсатор параллельно его пластинам. Напряжение на конденсаторе $U$ , длина пластин в направлении движения пучка $l$. Сколько электронов попадает на пластину конденсатора в единицу времени, если на входе в конденсатор пучок равномерно заполняет все расстояние между пластинами $d$ и имеет ширину $b$ в направлении, параллельном пластинам? Число электронов в единице объема пучка $n$.
+$^{∗)}$ Если в задаче не требуется числового ответа, обозначайте массу электрона $m_e$, а его заряд $− e$.
### Решение
+![|487x342, 70%](../../img/7.1.7/7.1.7.png)
+Выберем $Ox$ сонаправленной полю, $Oy$ - начальной скорости $\vec{v} $
− Пучок электронов∗) входит со скоростью v в плоский конденсатор
−параллельно его пластинам. Напряжение на конденсаторе V , длина пластин в
−направлении движения пучка l. Сколько электронов попадает на пластину кон-
−денсатора в единицу времени, если на входе в конденсатор пучок равномерно
−заполняет все расстояние между пластинами d и имеет ширину b в направлении,
−параллельном пластинам? Число электронов в единице объема пучка n.
+Сила, действующая на электрон в поле конденсатора:
+$$
+\vec{F_L}=\vec{a_x} m_e=-e\vec{E}; \\ E=\frac{dU}{dx}=\frac{V}{d}\tag{1}
+$$
+$$
+y=vt
+$$
+$$
+x=\frac{a_xt^2}{2}=\frac{eUt^2}{2dm_e}
+$$
+Видно, что все электроны движуться по абсолютно одинаковым параболам, и если бы пучок был много уже конденсатора, он принял бы именно такую форму.
−#### Ответ
+В единицу времени в конденсатор входит
+$$
+\frac{dN}{dt}=nbd\frac{dy}{dt}=nbdv\tag{2}
+$$
+электронов. Возможно 2 ситуации:
−[Вставьте краткий ответ или результат в рамке]
+$ - $ когда все электроны успевают достичь стенки конденсатора, находясь внутри него. Тогда выражение (2) будет являться ответом.
+Условие для этого:
+$$
+t_{выхода}=\frac{l}{v}
+$$
+Момент столкновения с пластиной электрона, изначально бывшего на расстоянии $d$ от нее:
+$$
+t_{max}=\sqrt{\frac{2d}{a_x}}=\sqrt{\frac{2d^2m_e}{eU}}
+$$
+$$
+\boxed{t_{max}<t_{выхода}}\tag{3}
+$$
+
+$ - $ обратный случай. Тогда чать электронов сможет выйти из конденсатора. Из идентичности их скоростей и ускорения можно сделать вывод, что плотность $n$ остаеться постоянной по всему пучку. Тогда его ширина на выходе:
+
+$$
+d_{выхода}=d-\frac{a_xt_{выхода}^2}{2}=d-\frac{eUl^2}{2dm_ev^2}\tag{4}
+$$
+Ответом является разность количества вошедших и вышедших в единицу времени электронов:
+$$
+\frac{dN^*}{dt}=nbv(d-d_{выхода})=\frac{ neUbl^2}{2m_evd}\tag{5}
+$$
+*У Савченко первый случай не рассмотрен
+#### Ответ
+$$
+\frac{dN^*}{dt}=nbdv\qquad \text{при}\qquad \sqrt{\frac{2d^2m_e}{eU}}\leq\frac{l}{v}
+$$
+$$
+\frac{dN^*}{dt}=\frac{ neUbl^2}{2m_evd}\qquad \text{при}\qquad \sqrt{\frac{2d^2m_e}{eU}}>\frac{l}{v}
+$$