Правка разделов «Условие», «Решение», «Ответ»
ru/7.4.36.md
+67 −10
| @@ -1,16 +1,73 @@ | |||
| ### Условие | |||
| − | $7.4.36.$ | ||
| + | $7.4.36.$ Плазма состоит из электронов и тяжелых положительно заряженных ионов. Число электронов и ионов в единице объема одинаково и равно $n$. | ||
| + | В слое плазмы толщины $h$ всем электронам сообщили одинаковую скорость $v$ в | ||
| + | направлении, перпендикулярном слою. Через какое время основная масса электронов остановится электрическими силами, если: а) $v >> he\sqrt{n/m_e}$; б)$v << he\sqrt{n/m_e}$, где $e$, $m_e$ — заряд и масса электрона? Оцените в обоих случаях частоту колебания электронов. | ||
| ### Решение | |||
| + | Найдём скорость, чтоб электрон, который начал своё движение в центре слоя, мог долететь до его границы. Тогда конечная скорость равна нулю. Запишем закон изменения энергии: | ||
| + | $$ | ||
| + | -\frac{m_ev_{min}^2}{2} = A | ||
| + | $$ | ||
| + |  | ||
| + | Напряжёность поля в слое толщиной равной половине пути электрона будет определятся как напряжёность двух бесконечных пластин: | ||
| + | $$ | ||
| + | E(x) = \frac{2nex}{2\varepsilon_0} | ||
| + | $$ | ||
| + | Тогда сила будет равна: | ||
| + | $$ | ||
| + | F(x) = -eE(x) = -\frac{ne^2x}{\varepsilon_0} | ||
| + | $$ | ||
| + | Тогда работа будет считаться как сумма элементарных работ по интегралу: | ||
| + | $$ | ||
| + | A = -\frac{ne^2}{\varepsilon_0}\int_{0}^{\frac{h}{2}}xdx = -\frac{ne^2h^2}{2\varepsilon_0} | ||
| + | $$ | ||
| + | Тогда скорость определяется: | ||
| + | $$ | ||
| + | v_{min} = he\sqrt{\frac{n}{\varepsilon_0 m_e}} | ||
| + | $$ | ||
| + | a) Если $v>>v_{min}$, то электроны покинут плазму. Тогда напряжёность слоя будет как напряжёность бесконечной пластины: | ||
| + | $$ | ||
| + | E_i = \frac{neh}{2\varepsilon_0} | ||
| + | $$ | ||
| + | Мы можем не учитывать в этом случае движение электронов в слое, тогда время равно: | ||
| + | $$ | ||
| + | t \approx \frac{m_ev}{eE_i} = \frac{2\varepsilon_0 m_e v}{e^2nh} | ||
| + | $$ | ||
| + | Это время равно $t = T/4$, тогда частота: | ||
| + | $$ | ||
| + | \nu \approx \frac{1}{4t} = \frac{e^2nh}{8\varepsilon_0 m_e v} | ||
| + | $$ | ||
| + | б)Если $v << v_{min}$, то электроны не покинут плазму, тогда, по Второму закону Ньютона: | ||
| + | $$ | ||
| + | \frac{d^2x}{dt^2} + \frac{ne^2}{2\varepsilon_0 m_e}x = 0 | ||
| + | $$ | ||
| + | Получено уравнение гармонических колебаний. Тогда его период равен: | ||
| + | $$ | ||
| + | T = 2\pi \sqrt{\frac{2\varepsilon_0 m_e}{ne^2}} | ||
| + | $$ | ||
| + | Время остановки равно $t = T/4$: | ||
| + | $$ | ||
| + | t = \frac{\pi}{2}\sqrt{\frac{2\varepsilon_0 m_e}{ne^2}} | ||
| + | $$ | ||
| + | И частота: | ||
| + | $$ | ||
| + | \nu = 2\pi \sqrt{\frac{ne^2}{2\varepsilon_0 m_e}} | ||
| + | $$ | ||
| − | Плазма состоит из электронов и тяжелых положительно заряженных ионов. Число электронов и ионов в единице объема одинаково и равно n. | ||
| − | В слое плазмы толщины h всем электронам сообщили одинаковую скорость v в | ||
| − | направлении, перпендикулярном слою. Через какое время основная масса электронов остановится электрическими силами, если: а) v hep | ||
| − | n/me; б) v | ||
| − | hep | ||
| − | n/me, где e, me — заряд и масса электрона? Оцените в обоих случаях частоту колебания электронов. | ||
| + | ### Ответ | ||
| + | а) | ||
| + | $$ | ||
| + | \boxed{t \approx \frac{m_ev}{eE_i} = \frac{2\varepsilon_0 m_e v}{e^2nh}} | ||
| + | $$ | ||
| + | $$ | ||
| + | \boxed{\nu \approx \frac{1}{4t} = \frac{e^2nh}{8\varepsilon_0 m_e v}} | ||
| + | $$ | ||
| − | #### Ответ | ||
| − | |||
| − | [Вставьте краткий ответ или результат в рамке] | ||
| + | б) | ||
| + | $$ | ||
| + | \boxed{t = \frac{\pi}{2}\sqrt{\frac{2\varepsilon_0 m_e}{ne^2}}} | ||
| + | $$ | ||
| + | $$ | ||
| + | \boxed{\nu = 2\pi \sqrt{\frac{ne^2}{2\varepsilon_0}}} | ||
| + | $$ | ||
| @@ -1,16 +1,73 @@ | |||
| ### Условие | ### Условие | ||
| $7.4.36.$ |
$7.4.36.$ Плазма состоит из электронов и тяжелых положительно заряженных ионов. Число электронов и ионов в единице объема одинаково и равно $n$. | ||
| В слое плазмы толщины $h$ всем электронам сообщили одинаковую скорость $v$ в | |||
| направлении, перпендикулярном слою. Через какое время основная масса электронов остановится электрическими силами, если: а) $v >> he\sqrt{n/m_e}$; б)$v << he\sqrt{n/m_e}$, где $e$, $m_e$ — заряд и масса электрона? Оцените в обоих случаях частоту колебания электронов. | |||
| ### Решение | ### Решение | ||
| Найдём скорость, чтоб электрон, который начал своё движение в центре слоя, мог долететь до его границы. Тогда конечная скорость равна нулю. Запишем закон изменения энергии: | |||
| $$ | |||
| -\frac{m_ev_{min}^2}{2} = A | |||
| $$ | |||
|  | |||
| Напряжёность поля в слое толщиной равной половине пути электрона будет определятся как напряжёность двух бесконечных пластин: | |||
| $$ | |||
| E(x) = \frac{2nex}{2\varepsilon_0} | |||
| $$ | |||
| Тогда сила будет равна: | |||
| $$ | |||
| F(x) = -eE(x) = -\frac{ne^2x}{\varepsilon_0} | |||
| $$ | |||
| Тогда работа будет считаться как сумма элементарных работ по интегралу: | |||
| $$ | |||
| A = -\frac{ne^2}{\varepsilon_0}\int_{0}^{\frac{h}{2}}xdx = -\frac{ne^2h^2}{2\varepsilon_0} | |||
| $$ | |||
| Тогда скорость определяется: | |||
| $$ | |||
| v_{min} = he\sqrt{\frac{n}{\varepsilon_0 m_e}} | |||
| $$ | |||
| a) Если $v>>v_{min}$, то электроны покинут плазму. Тогда напряжёность слоя будет как напряжёность бесконечной пластины: | |||
| $$ | |||
| E_i = \frac{neh}{2\varepsilon_0} | |||
| $$ | |||
| Мы можем не учитывать в этом случае движение электронов в слое, тогда время равно: | |||
| $$ | |||
| t \approx \frac{m_ev}{eE_i} = \frac{2\varepsilon_0 m_e v}{e^2nh} | |||
| $$ | |||
| Это время равно $t = T/4$, тогда частота: | |||
| $$ | |||
| \nu \approx \frac{1}{4t} = \frac{e^2nh}{8\varepsilon_0 m_e v} | |||
| $$ | |||
| б)Если $v << v_{min}$, то электроны не покинут плазму, тогда, по Второму закону Ньютона: | |||
| $$ | |||
| \frac{d^2x}{dt^2} + \frac{ne^2}{2\varepsilon_0 m_e}x = 0 | |||
| $$ | |||
| Получено уравнение гармонических колебаний. Тогда его период равен: | |||
| $$ | |||
| T = 2\pi \sqrt{\frac{2\varepsilon_0 m_e}{ne^2}} | |||
| $$ | |||
| Время остановки равно $t = T/4$: | |||
| $$ | |||
| t = \frac{\pi}{2}\sqrt{\frac{2\varepsilon_0 m_e}{ne^2}} | |||
| $$ | |||
| И частота: | |||
| $$ | |||
| \nu = 2\pi \sqrt{\frac{ne^2}{2\varepsilon_0 m_e}} | |||
| $$ | |||
| Плазма состоит из электронов и тяжелых положительно заряженных ионов. Число электронов и ионов в единице объема одинаково и равно n. | ### Ответ | ||
| В слое плазмы толщины h всем электронам сообщили одинаковую скорость v в | а) | ||
| направлении, перпендикулярном слою. Через какое время основная масса электронов остановится электрическими силами, если: а) v hep | $$ | ||
| n/me; б) v | \boxed{t \approx \frac{m_ev}{eE_i} = \frac{2\varepsilon_0 m_e v}{e^2nh}} | ||
| hep | $$ | ||
| n/me, где e, me — заряд и масса электрона? Оцените в обоих случаях частоту колебания электронов. | $$ | ||
| \boxed{\nu \approx \frac{1}{4t} = \frac{e^2nh}{8\varepsilon_0 m_e v}} | |||
| $$ | |||
| #### Ответ | б) | ||
| $$ | |||
| [Вставьте краткий ответ или результат в рамке] | \boxed{t = \frac{\pi}{2}\sqrt{\frac{2\varepsilon_0 m_e}{ne^2}}} | ||
| $$ | |||
| $$ | |||
| \boxed{\nu = 2\pi \sqrt{\frac{ne^2}{2\varepsilon_0}}} | |||
| $$ | |||