Lintasan sebuah elektron yang bergerak dalam suatu medan listrik dengan kecepatan yang sejajar arah medium adalah...

Diketahui:

   

Suatu muatan yang awalnya bergerak lurus memasuki suatu daerah bermedan magnet homogen akan memiliki lintasan berbentuk lingkaran, di mana gaya Lorentz yang muncul pada muatan akan berperan sebagai gaya sentripetal, sehingga

  

Diperoleh hubungan bahwa besarnya jari-jari lintasan sebanding dengan massa partikel, dan berbanding terbalik dengan besarnya muatan, sehingga jika diambil perbandingan jari-jari lintasan  dari kedua muatan tersebut, maka

    

Jadi, jawaban yang benar adalah D.

Diketahui:
Partikel bermuatan listrik masuk ke dalam ruangan bermedan magnet homogen B

Ditanya:
Jenis partikel dan arah medan magnet B ?

Jawab

1. Gunakan aturan tangan kanan (untuk muatan positif)
2. Ibu jari menunjukkan arah v (kekanan)
3. Empat jari lainya menunjukkan arah (B) keluar bidang kertas
4. Telapak tangan menghadap kebawah (arah F)
5. Jika muatan negatif dapat kita gunakan tangan kiri.

Jadi, jawaban yang benar adalah B 

Diketahui:

V = 284,375 V

B = 25 mT = 0,025

m = 9,1 x 10^-31 kg

q = 1,6 x 10^-19 C

Ditanya: v  ?

Jawab: 

Energi potensial diubah seluruhnya menjadi energi kinetik E_k = E_p.

$$\begin{array}{rcl}{E}_k& =& E_P\\ \frac{1}{2}m{v}^2& =& qV\\ v^2& =& \frac{2qV}{m}\\ v& =& \sqrt{\frac{2qV}{m}}\\ & =& \sqrt{\frac{2\times 1,6\times 10^{-19}\times 284,375}{9,1\times 10^{-31}}}\\ & =& 10^7\mathrm{m}/\mathrm{s}\end{array}$$     

Gaya lorentz berperan sebagai gaya sentripetal jadi $$F_L=F_s$$

$$\begin{array}{rcl}{F}_L& =& F_s\\ B\times q\times v& =& \frac{m{v}^2}{r}\\ 0,025\times 1,6\times 10^{-19}& =& \frac{9,1\times 10^{-31}\times 10^7}{r}\\ r& =& \frac{9,1\times 10^{-31}\times 10^7}{0,025\times 1,6\times 10^{-19}}\\ r& =& 227,5\times 10^{-5}\mathrm{m}\end{array}$$

Jadi besar jari-jari lintasan elektron adalah $$\begin{array}{rcl}& & 227,5\times {10}^{-5}\mathbf{m}\end{array}$$ .

Arah gaya magnetik dapat diketahui dengan menggunakan kaidah tangan kanan. Pada muatan positif, kaidah yang berlaku adalah sebagai berikut.

Ibu jari = arah arus listrik/arah kecepatan muatan (v)
Empat jari lainnya = arah induksi magnetik (B)
Telapak tangan = gaya lorentz (F)

Sehingga arah yang sesuai adalah 

 

Jadi, jawaban yang tepat adalah B.

Pada soal diketahui bahwa

Beda potensial yang diberikan pada proton dan deuteron:  

Jari-jari lintasan proton dalam medan magnet:  

Perlu diingat bahwa proton memiliki massa 1 sma dan sementara deutron 2 sma (m_d = 2m_p), akan tetapi muatan keduanya sama (q_d = q_p)

Ketika sebuah muatan dipercepat dari keadaan diam dengan diberikan beda potensial, maka kecepatan yang dicapai oleh muatan tersebut dapat diketahui dengan

 

Untuk mengetahui jari-jari lintasan deuteron, kita perlu mengetahui perbandingan kecepatan proton dan deuteron setelah diberi beda potensial terlebih dahulu.

 

Ketika proton dan deuteron bergerak memasuki medan magnet secara tegak lurus terhadap arah medan, gaya magnet akan mengubah arah kecepatan keduanya sehingga keduanya akan membentuk lintasan yang melingkar. Dalam hal ini, gaya magnetik berperan sebagai gaya sentripetal, sehingga

 

Dengan demikian, jari-jari lintasan deuteron dapat kita ketahui dengan menggunakan perbandingan sebagai berikut

 

Jari-jari lintasan deuteron adalah r.

Jadi, jawaban yang benar adalah  D.