Kuinka suuri ja minkä suuntainen sähkökenttä on luotava, jotta protoni leijuisi siinä paikallaan putoamatta alas painovoiman vetämänä?

 

Ratkaisu

Protoni voi leijua sähkökentässä, jos sähköinen voima on yhtä suuri, mutta vastakkaissuuntainen protoniin kohdistuvan painon kanssa. Protonilla on positiivinen sähkövaraus [[$e$]], joten siihen kohdistuva sähköinen voima on sähkökentän suuntainen. Siis sähkökentän suunnan on oltava ylöspäin.

Painon suuruus lasketaan kaavalla [[$ G=mg $]]​ ja sähköisen voiman suuruus kaavalla [[$ F=QE $]]​. Sähkökentän voimakkuus ratkaistaan seuraavasta yhtälöstä.

[[$ \quad\begin {align*}QE&=mg\\ \ \\ E&=\dfrac{mg}{Q}\\ \ \\ &=\dfrac{1{,}6726 \cdot 10^{-27}\text{ kg}\cdot 9{,}81 \text{ m/s}^2 }{1{,}6022 \cdot 10^{-19}\text{ C}}\\ \ \\ &=1{,}02\dotso \cdot 10^{-7}\text{ N/C}\approx 1{,}0 \cdot 10^{-7} \text{ N/C} \end {align*} $]]​

Sähkökentän suunnan on oltava ylöspäin, ja sen voimakkuuden tulisi olla noin 1,0 · 10^-7 N/C.

Takaisin