Alfapartikkel i magnetfelt rettet opp med elektrisk felt

Del 2, alle hjelpemidler

Alfapartikkel i magnetfelt rettet opp med elektrisk felt

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

En alfapartikkel med ladning +2e beveger seg med klokka gjennom et homogent magnetfelt med flukstetthet B. Partikkelen følger en sirkelbane som vist på figuren.

Positiv partikkel i sirkelbane med klokka med fart v

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Lag en figur som viser magnetfeltretningen og den magnetiske kraften på partikkelen.

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Forklar at banefarten til partikkelen er konstant.

Massen til alfapartikkelen er m=6,64⋅10−27 kg, og den magnetiske flukstettheten er B=0,050 T.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Hvor lang tid tar det for alfapartikkelen å gjennomføre et helt omløp?

Det viser seg at radien i sirkelbevegelsen er r=0,49 mm. Vi ønsker å få partikkelen til å gå rett fram ved å sette på et homogent elektrisk felt i tillegg til det magnetiske.

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Tegn en figur som viser fartsretningen til alfapartikkelen og retningen til både det magnetiske og det elektriske feltet når partikkelen går langs ei rett linje.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Regn ut feltstyrken til det elektriske feltet.

Fasit

Magnetfeltet peker ut av papirplanet, og den magnetiske kraften peker inn mot sentrum av sirkelbanen (se figur).

Den magnetiske kraften er alltid vinkelrett på farten, så den gjør ikke arbeid, og den kinetiske energien er konstant.

T=2,6⋅10−6 s

Se figur: med farten mot høyre og B→ ut av papirplanet må E→ peke oppover, vinkelrett på både v→ og B→.

E=59 V/m

LøsningsforslagKI-generert

For at partikkelen skal gå i sirkel, må den magnetiske kraften hele tiden peke inn mot sentrum av banen. Øverst i banen går partikkelen mot høyre, så kraften må peke nedover. Kraften på en ladning i et magnetfelt er F→B=qv→×B→. For en positiv ladning med farten mot høyre gir høyrehåndsregelen en kraft nedover bare når B→ peker ut av papirplanet.

Magnetfelt ut av papirplanet og magnetisk kraft inn mot sentrum for alfapartikkelen øverst i banen

Den magnetiske kraften F→B=qv→×B→ er alltid vinkelrett på fartsretningen. Kraften har derfor ingen komponent langs banen, og arbeidet den gjør er null (W=Fscos⁡90∘=0). Andre krefter ser vi bort fra. Etter arbeid–energi-setningen er da den kinetiske energien, og dermed banefarten, konstant. Kraften endrer bare retningen på farten, ikke størrelsen.

Den magnetiske kraften er sentripetalkraften:

qvB=mv2r⇒r=mvqB

Omløpstiden er omkretsen delt på farten:

T=2πrv=2πmqB=2π⋅6,64⋅10−27 kg2⋅1,60⋅10−19 C⋅0,050 T=2,6⋅10−6 s

Omløpstiden er uavhengig av farten. Et helt omløp tar T=2,6⋅10−6 s.

Partikkelen går rett fram når den elektriske kraften F→E=qE→ og den magnetiske kraften F→B er like store og motsatt rettet. Magnetfeltet er det samme som før, ut av papirplanet. Går partikkelen mot høyre, peker F→B nedover, så F→E må peke oppover. Ladningen er positiv, så E→ har samme retning som F→E: det elektriske feltet peker oppover, vinkelrett på både farten og magnetfeltet.

Alfapartikkel med fart mot høyre, magnetfelt ut av papirplanet og elektrisk felt oppover

Farten finner vi fra baneradien i c:

v=qBrm=2⋅1,60⋅10−19 C⋅0,050 T⋅0,49⋅10−3 m6,64⋅10−27 kg=1,18⋅103 m/s

Kreftene skal balansere:

qE=qvB⇒E=vB=1,18⋅103 m/s⋅0,050 T=59 V/m

Feltstyrken er E=59 V/m.

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i fysikk. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.
Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Fysikk 2 V2021. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Faktavedlegg · Formelvedlegg

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt