Perustehtävät (211–227)

211. Kuvaputkitelevisio

Kuvaputkitelevisiossa elektronitykin lähettämä elektronisuihku osuu television näyttöpinnan loisteaineen osumakohtaan. Kohtaan syntyy valopiste, jonka kirkkaus on riippuvainen elektronisuihkun voimakkuudesta. Vanhan kuvaputkitelevision kuvaputkessa elektroneja kiihdytetään 5,0 kV:n sähkökentässä.

  1. Kuinka paljon kiihdyttävä sähkökenttä muuttaa elektronien liike-energiaa?
  2. Jos elektronit lähtevät levosta, kuinka suurella nopeudella ne osuvat näyttöpintaan? 
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

212. Metallilevyjen välinen sähkökenttä

Kahden erimerkkisesti varatun metallilevyn välillä on homogeeninen sähkökenttä, jonka voimakkuus on 285 N/C.

  1. Levyjen etäisyys toisistaan on 17,5 cm. Laske levyjen välinen jännite.
  2. Levyt halutaan vetää kauemmas toisistaan. Jos uusi etäisyys on 29,5 cm ja jännite pidetään samana, miten levyjen välissä oleva sähkökenttä muuttuu?
  3. Negatiivisesti varatulta levyltä irtoaa elektroni. Kummassa tapauksessa se osuu suuremmalla nopeudella positiiviseen levyyn, vanhalla vai uudella levyetäisyydellä? Laske nopeus.
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

213. Hiukkanen metallilevyjen välissä

Hiukkasen varaus on 5,6 nC, sen massa on 0,028 μg,  ja se on kahden erimerkkisesti varatun metallilevyn välissä. Levyjen etäisyys toisistaan on 12 cm, ja niiden välinen jännite on 36 V.

  1. Mikä on hiukkaseen vaikuttavan sähköisen voiman suuruus?
  2. Kuinka suuri on hiukkasen saama kiihtyvyys? Hiukkaseen vaikuttava paino on merkityksettömän pieni sähköiseen voimaan nähden.
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

214. Protoni sähkökentässä

Protoni saapuu nopeudella 28 000 m/s vastakkaissuuntaiseen sähkökenttään, jonka voimakkuus on 450 V/m.

  1. Kuinka pitkän matkan protoni etenee kentässä ennen pysähtymistään?
  2. Mitä protonille tapahtuu tämän jälkeen? Millä nopeudella protoni poistuu sähkökentästä?
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

215. Hiukkaset kiihdyttimessä

Hiukkasia kiihdytetään laboratorion pienehköllä hiukkaskiihdyttimellä. Hiukkaset lähtevät levosta, ja ne kiihdytetään 35 kV:n jännitteellä. Määritä hiukkasen saama nopeus, kun kyseessä on

  1. elektroni.
  2. alfahiukkanen.
  3. Hiukkanen halutaan kiihdyttää oikealle. Miten tällöin täytyi valita kiihdyttävän sähkökentän suunnat kohdissa a ja b?
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

216. Elektronit magneettikentässä

Elektronisuihku ohjataan kahden laajan käämin väliseen magneettikenttään, jonka vuontiheys 1,5 μT suuntautuu kohtisuoraan elektronien tulosuuntaan nähden. Elektronisuihku etenee puoliympyrän muotoisen radan, jonka säde on 3,5 cm, kunnes se poistuu kentästä.

  1. Laske elektronien nopeus.
  2. Kuinka kauan elektronit ovat magneettikentässä?
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

217. Protoni Maan magneettikentässä

Auringon koronan massapurkauksessa vapautunut, aurinkotuulen kuljettama protoni osuu Maan magneettikenttään. Oletetaan magneettikentän olevan nopeudelle kohtisuora ja vuontiheydeltäään 12 μT. Protonin nopeus on 8600 km/s. Määritä protonin radan säde.
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

218. Magnesiumionit magneettikentässä

Magnesiumioneja (Mg2+) saapuu niiden etenemissuuntaan nähden kohtisuorassa olevaan magneettikenttään, jossa ne päätyvät ympyräradalle. Ionit kulkevat puoliympyrän muotoisen radan (säde 12,6 cm) ja tulevat sen jälkeen ulos magneettikentästä. Miten ionien rata muuttuu, jos

  1. niiden nopeus kaksinkertaistetaan?
  2. magneettikentän magneettivuon tiheys kaksinkertaistetaan?
  3. ionit ovatkin Mg+ -ioneja?
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

219. Protoni ja elektroni magneettikentässä

Protonin saapuessa kohtisuoraan etenemissuuntaan nähden olevaan 2,3 μT magneettikenttään se päätyy ympyräradalle, jonka kaarevuussäde on 23,1 cm. Millaiselle radalle päätyy samalla nopeudella samaan magneettikenttään saapuva elektroni?

  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

220. Elektronin kiihtyvyys magneettikentässä

Elektroni saapuu nopeudella 29 000 km/s magneettikenttään, jossa vuontiheys on 0,10 T. Laske hiukkasen kiihtyvyys, kun

  1. nopeus on kohtisuorassa kentän suuntaan nähden.
  2. nopeusvektorin ja kenttäviivojen välinen kulma on 35 astetta.
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

221. Elektroni hiukkaskiihdyttimessä

Elektroni liikkuu hiukkaskiihdyttimessä kohti pohjoista nopeudella 250 000 m/s. Maan magneettikentän voimakkuus on 52 μT​ ja inklinaatio pohjoisella pallonpuoliskolla 72 astetta. Deklinaatio oletetaan nollaksi. Määritä elektroniin kohdistuvan magneettisen voiman suuruus ja suunta. Piirrä kuvio, josta ilmenevät vektorien suunnat.
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

222. Alfahiukkanen magneettikentässä

Radioaktiivisessa hajoamisessa syntynyt alfahiukkanen etenee nopeudella 12 000 km/s magneettikentässä, jonka magneettivuon tiheys on 0,15 T. Magneettivuon tiheyden ja nopeuden välinen kulma on 35°. Määritä alfahiukkasen kiihtyvyys. Ainoastaan magneettinen voima on tilanteessa merkittävä.
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

223. Protoni Maan magneettikentässä

Protonisuihku etenee 250 000 m/s kohtisuorasti Maan magneettikenttään nähden. Magneettivuon tiheydeksi voidaan olettaa 55 μT​. Laske, kuinka moninkertainen on protoniin kohdistuva magneettinen voima suhteessa siihen vaikuttavaan gravitaatioon lähellä Maan pintaa.
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

224. Hiukkanen sähkö- ja magneettikentässä

Sähköisesti varattu hiukkanen sijaitsee paikassa, jossa vaikuttaa sekä homogeeninen sähkökenttä että homogeeninen magneettikenttä. Ovatko seuraavat tilanteet mahdollisia? Mikäli ovat, piirrä kuvio, josta ilmenevät mahdolliset kenttien suunnat ja hiukkaseen kohdistuvat voimat.

  1. Hiukkanen on levossa.
  2. Hiukkanen liikkuu suoraviivaisesti tasaisella nopeudella.
  3. Hiukkanen liikkuu suoraviivaisesti tasaisella kiihtyvyydellä.
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

225. Elektronien liike sähkö- ja magneettikentässä

Elektroneja tulee eri nopeuksilla vasemmalta oikealle alueelle, jossa on alhaalta ylöspäin suuntautuva sähkökenttä (voimakkuus 185 V/m). Lisäksi samalla alueella on magneettikenttä. Mihin suuntaan ja minkä suuruinen magneettikentän on oltava, jotta nopeudella 11 500 m/s kulkevat elektronit etenisivät alueella suoraan eteenpäin suuntaansa muuttamatta?

  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

226. Elektronit magneettikenttään

Elektronit on kiihdytetty levosta 4,0 kV:n jännitteellä. Elektronisuihku kulkee vaakasuoraan ja saapuu nopeudelle kohtisuoraan magneettikenttään, jonka magneettivuon tiheys on 629 μT ja suunta elektronien etenemissuuntaan nähden oikealta vasemmalle.

  1. Laske nopeus, jolla elektronit saapuvat magneettikenttään.
  2. Kuinka voimakas ja minkä suuntainen sähkökenttä alueella täytyy lisäksi olla, jos elektronisuihku etenee suoraan?
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

227. Protonin radan simulaatio

Protoni kiihdytetään sähkökentässä ennen kuin se tulee nopeudenvalitsimeen. Nopeudenvalitsimen jälkeen protoni kulkee analysoivassa magneettikentässä puoliympyrän muotoisen radan ennen kuin se osuu ilmaisimelle. Aineistossa on simulaatio, jossa voit tutkia protonin rataa erilaisilla nopeuksilla. Voit myös säätää sähkökentän voimakkuutta ja magneettivuon tiheyttä nopeudenvalitsimessa. Analysoivan magneettikentän vuontiheys on simulaation vakio.

Aineisto
Laskentataulukko: protonin_rata_simulaatio.ods (LibreOffice)

  1. Laske kiihdytysjännite, jolla protoni saa nopeuden 5 000 km/s.
  2. Protonin nopeus on 8 000 km/s. Etsi sellaiset magneettivuon tiheyden ja sähkökentän voimakkuuden arvot, että protoni kulkee nopeudenvalitsimen läpi.
  3. Kuinka suuri on protonin nopeus kun radan säde on suurin mahdollinen? Vastaa perustellen.
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.