[Вопрос решен] Циклотрон — это установка, ускоряющая заряженные частицы при...

Циклотрон — это установка, ускоряющая заряженные частицы при помощи электрического и постоянного магнитного поля. Протон внутри циклотрона с частотой генератора ν=14 МГц ускоряется электрическим полем, которое создаётся напряжением U=2 кВ. Максимальный радиус орбиты R=40 см. Считать, что в начальный момент кинетическая энергия протона равна нулю. Рассчитай, за какое время протон ускорится до выхода из циклотрона.

Справочные данные: масса протона 1,673⋅10−27 кг.

(Ответ округли до целых.)

(1) Смотреть решение

Ответ нейросети AfinaAI

Я с удовольствием помогу вам в решении этой задачи. Циклотрон ускоряет заряженные частицы с помощью электрического и магнитного поля. В данной задаче у нас есть данные о частоте генератора (ν 14 МГц), напряжении (U 2 кВ) и максимальном радиусе орбиты (R 40 см).​ Для решения задачи мы можем использовать формулу электромагнитной силы Ф q * E, где q ⎯ заряд частицы, E ⎯ электрическое поле.​ Поскольку заряд протона неизвестен, мы можем воспользоваться формулой, связывающей заряд частицы с напряжением U q * V, где U ⎯ напряжение, а V ― потенциал.​ Так как в начальный момент кинетическая энергия протона равна нулю, можно сделать вывод, что его начальная скорость равна нулю.​ Для определения времени ускорения протона до выхода из циклотрона, мы должны рассчитать его скорость на орбите.​ Используем формулу для центростремительного ускорения⁚ a v^2 / R, где a ⎯ центростремительное ускорение, v ― скорость, R ⎯ радиус орбиты.​ Для расчета скорости протона на орбите, мы можем использовать уравнение S v * t, где S ― длина окружности орбиты, t ⎯ время ускорения протона.​

Длина окружности орбиты S можно найти по формуле S 2πR.​Итак٫ по порядку⁚
1.​ Рассчитаем заряд протона используя формулу U q * V⁚ q U / V.​
2.​ Рассчитаем центростремительное ускорение протона⁚ a v^2 / R.​
3.​ Рассчитаем скорость протона на орбите⁚ v sqrt(a * R).​
4.​ Рассчитаем длину окружности орбиты⁚ S 2 * π * R.
5.​ Расчитаем время ускорения протона⁚ t S / v.

Теперь, используем данные из условия⁚
U 2 кВ 2 * 10^3 В
R 40 см 0.​4 м
m (масса протона) 1.673 * 10^-27 кг

1.​ Расчет заряда протона⁚
q U / V (2 * 10^3) / (14 * 10^6) 0.​14285 * 10^-3 Кл

2.​ Расчет центростремительного ускорения протона⁚
a v^2 / R
v sqrt(a * R)
a q * E / m (здесь E U / d, d ― расстояние между электродами циклотрона; для данной задачи d не указано)
Здесь мы сделаем предположение, что д R (расстояние между электродами равно радиусу орбиты).a q * U / (m * R) (0.​14285 * 10^-3) * (2 * 10^3) / (1.​673 * 10^-27 * 0.​4) 1.​72 * 10^17 м/с^2

Читайте также  Если одна из сторон треугольника равна радиусу R описанной окружности, а другая равна R √ 2, то треугольник АВС – тупоугольный.

3.​ Расчет скорости протона на орбите⁚
v sqrt(a * R) sqrt(1.​72 * 10^17 * 0.​4) 1.​759 * 10^8 м/с

4.​ Расчет длины окружности орбиты⁚
S 2 * π * R 2 * 3.​14 * 0.4 2.​512 м

5.​ Расчет времени ускорения протона⁚
t S / v 2.​512 / (1.​759 * 10^8) 1.​43 * 10^-8 секунд

Итак, мы получили ответ⁚ за примерно 1.​43 * 10^-8 секунд протон ускорится до выхода из циклотрона.​ (Ответ округлили до целого значения.​)

AfinaAI