Középiskolai Matematikai és Fizikai Lapok
Informatika rovattal
Kiadja a MATFUND Alapítvány
Már regisztráltál?
Új vendég vagy?

Fórum: Érdekes kérdés az elektronokkal kapcsolatban

Szeretnél hozzászólni? Jelentkezz be.
[15] Zilberbach2012-05-26 12:59:51

Bocsánat, ezt elnéztem. Valószínüleg úgy kell érteni, hogy a megfigyelööhöz képest fénysebességgel haladó elektron-nyalábok - és akkor butaságot írtam.

Előzmény: [14] Zilberbach, 2012-05-26 12:27:25
[14] Zilberbach2012-05-26 12:27:25

"Másrészt emlékeim szerint nevezetes eredmény, hogy két azonos sebességgel azonos irányba haladó elektronnyaláb akkor nem taszítaná egymást, ha fénysebességgel haladnának."-írod, de valószínüleg rosszul emlékszel. Ha ez igaz lenne, meg volna a módszer az abszolút sebességünk egyszerüü meghatározására (már ha nem hirtelen, és kizárólag fénysebességen jelenne meg ez a különös jelenség).

Előzmény: [6] Tibixe, 2011-11-16 21:37:51
[13] Gézoo2012-05-18 20:42:13

Amikor az előző sorokat írtam akkor ott motoszkált bennem \lambda=h/m/v a \lambda hullámhossz fordítva arányos a tömeg nagyságával és a sebességgel is.

Az jutott eszembe, hogy hasonlít-e ahhoz, amikor az autó kerék gumijának bordái közé szorul be egy kavics és kopog az aszfalton?

És feltűnt, hogy ez nem egészen olyan. Mintha gyorsabban forogna, mint a haladásból következik. Mert ugye a kavics mindig ugyanazon kerület legördülése után koppan egyet. Vagyis a "hullámhossz" állandó.

Itt viszont a hullámhossz fordítva arányos a sebességgel. Tehát a sebesség növekedésével a hullámhossz csökken.

A levezetésből az is látszik, hogy a hullám sebességre itt is igaz, hogy v=\lambda*f Ezzel az f=v/\lambda és a \lambda=v/f függvények is érvényesek.

Vagyis a növekvő sebességgel, csökkenő hullámhossz egyben a növekvő frekvenciát is jelenti.

Na jó, de egy egyenletes sebességű mozgás esetében hogyan és miért változna a sebességgel egyenesen arányosan a frekvencia és fordítottan arányosan a hullámhossz? Hiszen ekkor inercia rendszerben nyugszik a részecske. Ami azt jelenti, hogy erőhatás nélkül nyugvó a rendszerében.

Nem lenne semmi oka arra, hogy más relatív sebességnél, az ahhoz a más sebességhez tartozó frekvenciát felvegye..

Hacsak?

Hohó! Hogyan is érte el azt a sebességet? Á, meg van! Gyorsulással! Tehát még akkor felveszi ezt a frekvenciát és hullámhosszot amikor a gyorsulását okozó energia közlés hat rá.

Na és a hullámzás? Mi hullámzik? Hogy kelt interferencia csíkokat az ernyőn? Mert kelteni kelt, itt a példa:

Ó, hát ez is egyszerű! Amikor egy lendkerekes autót "felbúgattunk" gyerek korunkban és a kerekén volt egy pici pötty, akkor a felbúgató erőhatással arányos sebességgel villant elő a kaszni alól a fehér pontocska. Azaz minél nagyobb gyorsuláson ment át a részecske, annál nagyobb lett a fordulatszáma és ezzel a frekvenciája.

Ezért ha egy ilyen "villogó" részecske elérte az ernyőt, az ott lévő atomok-molekulák elektron felhőjében hullámzásokat kelt.

Ezek az elektronfelhő hullámok nagyon hosszú ideig megmaradnak és ide oda haladnak az ernyő határai között visszaverődve a falakról. Igazából végtelen sok idő múlva (piros görbe) érik el a nullát. Viszont már pár nap vagy év alatt elérik a zajszintet és nem látszanak annak ellenére, hogy ott hullámzik az egész elektronfelhő.

Így ha egy másik helyre is becsapódik egy elektron akkor az onnan induló hullámok interferálódnak a már ide-oda rohangáló hullámokkal.

Ahol pedig az interferencia révén a legnagyobb az energia összeg, foltot hagy a a CCD-n vagy a fotópapíron.

Erre pedig gyorsan rávághatnánk, hogy lám-lám, az egyedül repülő részecskéknek is van hullám viselkedésük.

És ez félig igaz is.. Na de megint csak nem olyan értelemben mint a víz hullámzása, hanem mint a fotonok koppanásainak sorozata.

Előzmény: [12] Gézoo, 2012-05-17 18:18:43
[12] Gézoo2012-05-17 18:18:43

Ha már az elektron érdekes viselkedése szóba került, nem tudom kinek tűnt fel, hogy a részecskék, így az elektron is

\lambda=(1/m)*h/v hullámhosszú rezgései azaz a de Broglie hullámainak hossza fordítva arányos a sebességével.

A sebesség az ugye v=s/t aminek a nevezőbe kerülésével a de Broglie hullámhossz:

\lambda=(1/m)*h*t/s alakban is felírható.

Vagyis a t időegység alatt megtett s út hosszával fordítva arányos a keletkező hullámhossz.

Tovább ragozva:

\lambda*s=(h/m)*t alakban is felírható. Sőt, akár

f=1/t (f a frekvencia) felhasználásával:

\lambda*s=(h/m)*1/f továbbá akár

\lambda*f=(h/m)/s alakban is.

Ha felmerül bennünk Hertz c=\lambda*f függvénye, akkor nem csoda ha némi párhuzamot érezhetünk a két függvénynek a \lambda*f része láttán.

Na de, ha ez az oldal azonos alakú, akkor

a másik oldalnak sebesség értelműnek kellene lennie v=h/m/s esetében h mértékegysége [Js]=[Nms]=[kg*m/s2*m*s]=[kg*m2/s] ezt pedig m[kg] és s[m] osztással: [kg*m2/s/kg/m=m/s] azaz a mértékegység dimenziója valóban sebesség dimenzió.

vagyis a Hertz féle

c=\lambda*f

és a de Broglie féle függvényből levezetett

v=\lambda*f=h/m/s függvény valóban nem csak hasonló, hanem azonos értelmű is.

Na de mit jelenthet et?

Van valakinek tippje?

[11] Gézoo2012-05-17 17:54:07

Kedves Lajos bácsi!

A spin az áramlás irányába fordul, akkor ezzel a mágneses indukció iránya szintén kialakul.

A továbbiakat több elv mentén magyarázhatjuk.

Lenz törvényével,

Lorentz erővel,

speciális relativitás hosszkontrakciójával

az általános relativitás időlassításán alapuló téridő görbülettel.

Az eredmény ugyanaz amit Alma már egészen jól megközelített: Az atommagok pozitív töltése nélkül az elektronnyaláb szétnyílik.

Nem véletlenül van a monitorokban a mágneses, az oszcilloszkópokban az elektromos fókuszálás. Ugyanis a fókuszálás nélkül szétnyílik az egymást taszító elektronok árama.

Előzmény: [1] Lajos bácsi, 2011-11-15 06:25:00
[10] Gézoo2012-05-17 17:39:21

Kedves Gorgi!

Nekem tetszik!

Előzmény: [9] gorgi, 2012-05-17 14:04:02
[9] gorgi2012-05-17 14:04:02

A Benoullihoz (ha még érdekes): Amit írsz, ideális gázban is igaz, ahol a részecskék között nincs taszítóerő. A gáz azért tölti ki a rendelkezésére álló teret, mert a részecskéi mindaddig mozognak, amíg a teret határoló falba nem ütköznek, ebből lesz a nyomás. Ha áramlik, akkor a részecskék sebességvektorai kezdenek egyirányba állni, ami által falirányú sebességük csökken. Ezért csökken a nyomás. Meggyőző?

Előzmény: [5] Lajos bácsi, 2011-11-15 18:16:29
[8] Lajos bácsi2011-11-17 07:30:01

Az elméleti fejtegetést feltétlenül kísérleti igazolásnak kell követni. E nélkül csak teória marad.

"A fonalas gázkisülésnek ehhez nincs köze, ott a közegben kialakult vezetőcsatornák határozzák meg a részecskék útját" – és most hol marad az elmélet?

Én rengeteg kísérletet végeztem, és végzek a mai napig is, és mégis fel merek tenni kérdéseket!

Egy megtapasztalás: 10 kV, 80 mA névleges adatú neon transzformátorral 2-3 cm-es ívkisülést hoztam létre levegőn. A létrejött ívre levegőt fújtam egy vékony műanyag cső segítségével. Ennek hatására az ív igen látványosan ketté vált. Lett egy merevebb, vékonyabb, kékes, éles sarkokkal rajzolható cikk-cakkos fonal, és lett egy lágyabb, vörösebb, vastagabb, éles törésektől mentes fonal. Az előbbi követte az eredeti útját, (fittyet hányt a légáramlatra), az utóbbi pedig erősen kihajlott, elvált az eddigi közös úttól.

Váltakozó áram lévén mindkét fajta töltés - a szabaddá vált elektronok és a pozitív ionok - váltakozó irányban mozogtak. Ez utóbbiak nyilván lassabban.

Kérdés? miért vált szét a két csatorna? Miért alakítanak ki összetartó csatornákat? Feltételezhető-e, hogy a kék csatornában a gyors elektronok, a másikban a lassúbb ionok mozogtak?

Az én verzióm: igen, a gyors mozgású elektronokra a számukra gyenge légáramlás kevésbé hatott, mint a nagyobb „felületű”, lomha ionokra.

[7] Lóczi Lajos2011-11-17 02:01:24

Lorentz

Előzmény: [6] Tibixe, 2011-11-16 21:37:51
[6] Tibixe2011-11-16 21:37:51

Elektromágneses térrel és vonatkoztatási rendszerekkel kapcsolatban könnyű paradoxonokat gyártani, és ezek nem csupán látszólagos ellentmondások lesznek, hanem valódi matematikai ellentmondásokká tehetők.

A válasz az, hogy az elektromágneses teret, tehát az összes elektromágneses jelenséget leíró Maxwell-egyenletek NEM szimmetrikusak az inerciarendszerek közti klasszikus (Galilei-féle) átmenetekre. Ehelyett az ú.n. Lorenz-transzformációkra szimmetrikusak, ezek a speciális relativitáselmélet inerciarendszerei közti átmenetek. És még így is csak a mérhető hatások invariánsak. Tehát az inerciarendszertől független, hogy egy elektronra milyen és mekkora erő hat, az viszont nem, hogy ez az erő mekkora részt Coulomb-erő és mekkora részt Lorenz-erő.

Másrészt emlékeim szerint nevezetes eredmény, hogy két azonos sebességgel azonos irányba haladó elektronnyaláb akkor nem taszítaná egymást, ha fénysebességgel haladnának.

A fonalas gázkisülésnek ehhez nincs köze, ott a közegben kialakult vezetőcsatornák határozzák meg a részecskék útját.

[5] Lajos bácsi2011-11-15 18:16:29

Örülök, hogy foglalkozol a kérdéssel, és hogy van válaszod is. Erre majd később vissza térnék.

Álljon itt egy újabb kérdés, mivel erős hasonlóságot érzek az előbbi kérdéssel.

A Bernoulli törvényről van szó. Kísérlettel igazolható, hogy áramlásban lévő folyadék vagy gáz belsejében a nyomás lecsökken a környezeti nyomáshoz képest. Nézzük a gáz esetét közelebbről. A NYUGALOMBAN lévő gázmolekulák taszítják egymást, és ezért kitöltik a rendelkezésükre álló teret (IGEN). Ha MOZGÁSBAN vannak, akkor pedig már csökken ez a taszító erő (IGEN) ???

A "tudományos" magyarázat szerint így kell lenni az energiamegmaradás törvénye miatt. Erre a törvényre hivatkozva vezetik le az összefüggéseket is. (Ez engem sajnos így nem győz meg! Én a fizikáját szeretném jobban megérteni). Megjegyezném, az energiamegmaradás törvény érvényességi körét a japánok már szűkítették. Kimondták, hogy nem általánosítható, atomi szinten már nem igaz (?) Ez az info (nem nevezném meg) fizikatanszék nyugalmazott emberétől származik.

Mi zajlik le fizikailag mozgás közben az atomoknál, molekuláknál? Nem lehet hogy mozgás közben megváltozik valami az atomokban?

Visszatérve a válaszodra: vákuumban egy irányban haladnak az izzó katódból kilépő elektronok, és látványosan összetartanak. Ebből lesz a fonalas gázkisülés. Lásd: kínai plazmagömb! Igaz, itt is vannak pozitív ionok, de ezek sebessége – a kb. 2000 szeres többlet tömegük miatt – gondolom, három nagyságrenddel kisebb.

Egyelőre még nem győztél meg.

[4] Alma2011-11-15 16:28:11

Akkor leírom dióhéjban, hogy mit gondolok. Ha a két elektron sebességkülönbsége "nem relativisztikus" (ez alatt azt értem, hogy az elektromágneses hullámok terjedését pillanatszerűnek vesszük, illetve nem kell figyelembevenni a tér kontrakcióját), akkor alkalmazhatjuk a következő gondolatmenetet:

Az Einstein-féle relativitási elv értelmében minden vonatkoztatási rendszer ekvivalens, akármelyikben vizsgálhatjuk a problémát. Vizsgáljuk egy olyan koordinátarendszerben, ahol az egyik elektron épp áll. Ha feltételezzük, hogy tere sztatikus, akkor a másik elektronra csak és kizárólag a gömbszimmetrikus Coulomb terével hat, nincs mágneses erőhatás. Így a két elektron taszítja egymást.

Áttérve tetszőleges koordinátarendszerre, továbbra is taszítást fogunk tapasztalni, mégpedig ugyanolyan nagyságút, mint az előzőben, csak most az elektromos és mágneses erő eredőjeként fog előállni.

Ismeretes, hogy vezetőkben az elektronok sebessége nem nagy, nagyon messze vannak a relativisztikus sebességektől, így ezzel nem is érdemes foglalkozni.

Az, hogy két azonos irányú áram mégis vonzza egymást annak tudható be, hogy a vezetőben jelen vannak a pozitív töltések is, így eredően a töltéssűrűség nulla, vagy közel nulla. Mivel a Coulomb taszítás ezáltal elhagyagolható, a gyengébb mágneses vonzás is tud érvényesülni.

Előzmény: [1] Lajos bácsi, 2011-11-15 06:25:00
[3] Lajos bácsi2011-11-15 14:10:03

Kedves Alma! A kérdést komolynak szántam. Az igen-nem választással csupán meg kívántam könnyíteni a ráhangolódást a problémára. Valójában a két utolsó, kiemelt sorok megválaszolására várom a válaszokat.

[2] Alma2011-11-15 13:45:36

Kedves Lajos bácsi!

Én nem teljesen értek egyet az IGEN / NEM -es válaszokkal (illetve konkrétan eggyel nem), de gondolom ez a gondolatmenet inkább egy játékos feladat középiskolásoknak, mint egy megválaszoladnó kérdés, ezért még nem lövöm le a feloldást. Ellenkező esetben persze leírhatom a gondolatomat a feladathoz.

Előzmény: [1] Lajos bácsi, 2011-11-15 06:25:00
[1] Lajos bácsi2011-11-15 06:25:00

Aki szeret gondolkodni, és ismeri az elektromosságot, fejtse meg a következő dilemmát!

Először válaszoljunk igennel vagy nemmel!

- Két nyugvó és azonos előjelű töltés, pl. az elektron taszítja egymást? IGEN.

- Az azonos irányú elektromos áramok vonzzák egymást? IGEN.

- A fémekben az elektronok mozgása jelenti a villamos áramot? IGEN.

- Tehát az azonos irányban mozgó elektronok vonzzák egymást? IGEN.

- A vonzást a töltések mozgásakor jelentkező mágneses hatásokkal magyarázzuk? IGEN.

Akkor most vissza az elejére! - Két nyugvó töltés..., - mihez képest nyugvó a töltés? Ha hozzám képest nyugvó, akkor taszítják egymást, de ugyanezek a Naphoz képest mozgásban vannak, - mégpedig igen csak nagy sebességgel - akkor miért nem vonzzák egymást?

MIKOR MONDHATÓ NYUGVÓNAK EGY TÖLTÉS, ILLETVE EGY TÖLTÖTT TEST?

MIKORTÓL KEZDŐDIK A VONZÓDÁS, ILLETVE, MARAD ABBA A TASZÍTÁS?