Door Kevin Beck | Bijgewerkt op 30 augustus 2022

Elektronen zijn, naast protonen en neutronen, een van de drie fundamentele bouwstenen van atomen. Elk elektron heeft een massa van 9×10⁻³¹kg en heeft een negatieve elementaire lading van 1,6×10⁻¹⁹C. Wanneer een elektron een elektrisch veld binnengaat, versnelt het potentiaalverschil van het veld het elektron, net zoals de zwaartekracht een projectiel versnelt.

Stap1:Kies de juiste energievergelijking

In de klassieke mechanica is de kinetische energie ½mv². Voor geladen deeltjes in een elektrisch veld is de arbeid die door het veld wordt verricht gelijk aan de gewonnen kinetische energie:

q V = ½ m v²

Hier, m  =9×10⁻³¹kg, en q  =1,6×10⁻¹⁹C.

Stap2:Identificeer het potentiële verschil

Spanning is het elektrische potentiaalverschil tussen twee punten in het veld. Een elektron (negatieve lading) beweegt van een laag naar een hoog potentiaal (in de richting van de positieve elektrode) en verkrijgt kinetische energie die evenredig is aan de spanningsval.

Stap3:Los de snelheid van het elektron op

Het herschikken van de energievergelijking geeft de snelheid:

v = √(2 q V / m)

Als het elektron bijvoorbeeld versnelt over een potentiaalverschil van 100 V:

v = √(2 × 1.6 × 10⁻¹⁹ C × 100 V / 9 × 10⁻³¹ kg)  =6×10⁶m/s.

Een veld van 100 volt stuwt een elektron dus naar grofweg zes miljoen meter per seconde – ongeveer 2% van de lichtsnelheid. Het kennen van deze relatie is essentieel voor het ontwerpen van elektronenmicroscopen, deeltjesversnellers en vele andere toepassingen in de natuurkunde en techniek.