5.1 Elektron — Nota JomSkor
Subtopik 5.1 Elektron memperkenalkan konsep pancaran termion, iaitu pemancaran elektron bebas daripada permukaan logam yang dipanaskan, dan penghasilan sinar katod, iaitu alur elektron berkelajuan tinggi dalam vakum. Ia juga mengkaji kesan medan elektrik dan medan magnet terhadap sinar katod, serta menghitung halaju elektron menggunakan prinsip keabadian tenaga.
Fizik · Tingkatan 5
Subtopik 5.1 Elektron memperkenalkan konsep pancaran termion, iaitu pemancaran elektron bebas daripada permukaan logam yang dipanaskan, dan penghasilan sinar katod, iaitu alur elektron berkelajuan tinggi dalam vakum. Ia juga mengkaji kesan medan elektrik dan medan magnet terhadap sinar katod, serta menghitung halaju elektron menggunakan prinsip keabadian tenaga.
Pancaran Termion
Pemancaran elektron bebas daripada permukaan logam yang dipanaskan apabila tenaga kinetik elektron cukup untuk terpancar keluar.
Sinar Katod
Alur elektron berkelajuan tinggi yang dihasilkan dalam tiub vakum apabila elektron terpancar dari katod ditarik ke anod.
Kesan Medan Elektrik pada Sinar Katod
Sinar katod (bercas negatif) boleh dipesongkan oleh medan elektrik ke arah plat bercas positif, membentuk laluan parabola.
Kesan Medan Magnet pada Sinar Katod
Sinar katod boleh dipesongkan oleh medan magnet, dan arah pemesongan ditentukan oleh petua tangan kiri Fleming.
Tenaga Keupayaan Elektrik
Tenaga yang diperoleh elektron apabila bergerak merentasi beza keupayaan $V$, di mana $e$ ialah cas satu elektron.
$E = eV$
Halaju Elektron Maksimum
Menurut prinsip keabadian tenaga, tenaga keupayaan elektrik ditukarkan kepada tenaga kinetik maksimum elektron, di mana $m$ ialah jisim elektron dan $v_{maks}$ ialah halaju maksimum.
$eV = \frac{1}{2}mv_{maks}^2$
Contoh soalan
Alur elektron dari katod dipecut ke arah anod dalam ruang vakum. Beza keupayaan merentasi katod dengan anod ialah 550 V. [Jisim elektron, $m = 9.11 \times 10^{-31} \text{ kg}$, cas satu elektron, $e = 1.6 \times 10^{-19} \text{ C}$] (a) Berapakah tenaga keupayaan elektrik bagi satu elektron? (b) Berapakah tenaga kinetik yang diperoleh elektron apabila tiba di anod? (c) Berapakah halaju maksimum elektron ketika sampai di anod?
- Kenal pasti nilai-nilai yang diberi: $V = 550 \text{ V}$, $e = 1.6 \times 10^{-19} \text{ C}$, $m = 9.11 \times 10^{-31} \text{ kg}$.
- Kira tenaga keupayaan elektrik bagi satu elektron menggunakan formula $E = eV$.
- Nyatakan tenaga kinetik yang diperoleh elektron adalah sama dengan tenaga keupayaan elektrik berdasarkan prinsip keabadian tenaga.
- Gunakan formula $eV = \frac{1}{2}mv_{maks}^2$ untuk mencari halaju maksimum elektron, $v_{maks} = \sqrt{\frac{2eV}{m}}$.
(a) $8.8 \times 10^{-17} \text{ J}$ (b) $8.8 \times 10^{-17} \text{ J}$ (c) $1.39 \times 10^7 \text{ m s}^{-1}$
- Tidak memastikan tiub vakum dalam keadaan vakum sepenuhnya, yang boleh menyebabkan elektron berlanggar dengan molekul udara dan kehilangan tenaga.
- Menyongsangkan sambungan bekalan kuasa V.L.T. pada tiub sinar katod, yang akan menyebabkan tiada pengaliran arus dan miliammeter tidak menunjukkan sebarang bacaan.
- Menyentuh mana-mana bahagian logam tiub pemesongan atau tiub palang Maltese apabila bekalan kuasa V.L.T. sedang digunakan, yang berbahaya.
- Pastikan suis bekalan kuasa V.L.T. dimatikan apabila tiada pemerhatian direkodkan untuk keselamatan.
- Pastikan palang Maltese dibumikan dengan betul semasa aktiviti dijalankan untuk mengelakkan cas terkumpul.
- Fahami hubungan antara voltan bekalan kuasa V.L.T. dengan halaju elektron; semakin tinggi voltan, semakin tinggi halaju elektron.
- Ingat ciri-ciri sinar katod: bergerak lurus, bercas negatif, mempunyai momentum dan tenaga kinetik.
- Pancaran termion
- Sinar katod
- Tiub pemesongan
- Tiub palang Maltese
- Filamen tungsten
- Katod
- Anod
- Vakum
- Grid berpendarfluor
- Beza keupayaan
- Tenaga keupayaan elektrik
- Tenaga kinetik maksimum
- Petua tangan kiri Fleming