¿Cuál es el voltaje que debe usarse para acelerar un protón (radio 1.2 × 10⁻¹⁵m), de manera que tenga suficiente energía justo para tocar un núcleo de silicio? Un núcleo de silicio tiene una carga de +14e y su radio es aproximadamente de 3.6 × 10⁻¹⁵ a m. Considere los potenciales como cargas puntuales.
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Explicación:
Qp = charge on proton = 1.6 x 10-19 C
Qs = charge on silicon = 14 x 1.6 x 10-19 C
rf = final distance from nucleus = ∞
ri = initial distance from nucleus = (3.6 x 10-15 + 1.2 x 10-15 ) = 4.8 x 10-15 m
initial Potential energy is given as
Ui = k Qp Qs / ri = (9 x 109) (1.6 x 10-19 ) (14 x 1.6 x 10-19 ) / (4.8 x 10-15 ) = 6.72 x 10-13 J
final Potential energy is given as
Uf = k Qp Qs / rf = (9 x 109) (1.6 x 10-19 ) (14 x 1.6 x 10-19 ) / (∞) = 0 J
Change in Potential energy = ΔU = Ui - Uf = 6.72 x 10-13 - 0 = 6.72 x 10-13 J
Let the Voltage through which proton is accelerated = V
Energy gained due to potential difference = Qp V
Using conservation of energy
Qp V = 6.72 x 10-13
(1.6 x 10-19 ) V = 6.72 x 10-13
V = 4.2 x 106 volts
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