Di Kevin Beck | Aggiornato il 30 agosto 2022
Gli elettroni sono uno dei tre elementi costitutivi fondamentali degli atomi, insieme ai protoni e ai neutroni. Ogni elettrone ha una massa di 9×10⁻³¹kg e trasporta una carica elementare negativa di 1,6×10⁻¹⁹C. Quando un elettrone entra in un campo elettrico, la differenza di potenziale del campo lo accelera proprio come la gravità accelera un proiettile.
Nella meccanica classica l’energia cinetica è ½mv². Per le particelle cariche in un campo elettrico, il lavoro svolto dal campo è uguale all'energia cinetica guadagnata:
q V = ½ m v²
Ecco, m =9×10⁻³¹kg e q =1,6×10⁻¹⁹C.
La tensione è la differenza di potenziale elettrico tra due punti nel campo. Un elettrone (carica negativa) si sposta dal potenziale basso a quello alto (verso l'elettrodo positivo), guadagnando energia cinetica proporzionale alla caduta di tensione.
Riorganizzando l'equazione dell'energia si ottiene la velocità:
v = √(2 q V / m)
Ad esempio, se l'elettrone accelera attraverso una differenza di potenziale di 100 V:
v = √(2 × 1.6 × 10⁻¹⁹ C × 100 V / 9 × 10⁻³¹ kg) =6×10⁶m/s.
Pertanto, un campo da 100 volt spinge un elettrone a circa sei milioni di metri al secondo, circa il 2% della velocità della luce. Conoscere questa relazione è essenziale per progettare microscopi elettronici, acceleratori di particelle e molte altre applicazioni in fisica e ingegneria.
