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【物理学・電気】
電子線の性質について伺います。どうしても適当な解答が思い浮かばなかったのです。

今、二本の電子銃を同じ方向に向けて平行に並べて、電子線を放射する実験を行ったとします。
この時、この二本の電子線は、

(1)ずっと平行のまま
(2)電子銃から離れるにしたがって、反発しあう
(3)電子銃から離れるにしたがって、引き寄せあう
(4)条件によって、上記(1)?(3)のどれかになる

のどれになるのでしょうか。
なお、電子を回収する陽極の影響はないものとします。

電磁気学的もしくは量子力学的見地からの意見をお願いします。
特に、実際に実験を行った方の回答を伺いたいです(ポイント多めにします)。

テレビのブラウン管と同じ構造なので、なんとなく(1)という気もするのですが、自信ありません。

●質問者: くろょ
●カテゴリ:学習・教育 科学・統計資料
✍キーワード:いもの かば テレビ ブラウン管 ポイント
○ 状態 :終了
└ 回答数 : 4/4件

▽最新の回答へ

1 ● microftxxx
●50ポイント

実験したことはありませんが。

電気的に中性の粒子は、なんら相互作用が働かないのでそのまま平行で直進します(電気的な力に比べて、他の力は非常に弱いので無視できるとします)。それと対照して考えると、電子単体同士は斥力を発生します。したがって、お互い離れる成分の加速が加わことになります。

電子が進むことによる磁界の発生を考慮することにしても、両手を使って右手の法則と左手の法則を指してみてもわかると思いますが、やはり斥力が発生します。

ということで、回答は(2)です。正確には”離れていく”ですね。離れれば離れるほど、斥力は減少しますから。

◎質問者からの返答

電子が進む事により発生する磁界で反発するとありますが、導線に同じ向きの電流を流すと、引き合いますよね(MKSAにおける電流の定義)。

ですから、(2)が正解とははっきり言えないと思うのです。


2 ● ROYGB
●50ポイント

静止している同電荷の物質同士には反発する力が働き、その大きさはクーロンの法則で求まります。

これとは逆に、平行におかれた2本の銅線に同じ方向に電流を流すと引き合う力がはたらきます。この力はアンペアの定義にも使われています。

http://www.terrabyte.co.jp/photo_news/4.htm


電子線の速度が光速で連続して流れている場合は、銅線に電流を流した場合と同じように引き合い、静止している場合は反発し合うと予想されます。そうすると速度や電子線の量によって引き合ったり、反発したり、両方が相殺して平行のままだったりと条件によると思います。

しかし、以下のリンク先にある説明には“ビーム電流を大きくすると電子同士の反発力で細くできなくなります。”とあります。これは1本のビームに関しての説明ですが、端と端を別のビームと考えれば2本の場合にも適用できそうです。そうすると反発し合うということなのでしょうか。

http://aitech.ac.jp/~electron/electron/kita-lab.htm

◎質問者からの返答

詳しいURLなどありがとうございます。

なるほど、やはり、ありがちに(4)という事になるのでしょうか。

やはり、実際の実験ではどうなるのかが知りたいところですよね。


3 ● nontan2005
●50ポイント

質問中に陽極の影響が無い場合、とありますが、実際には陽極が無いと電子線が発生しないと思いますので、陽極の形状、電子線間の距離、重力、地磁気等の影響が多分にありますから、質問の条件だけでは(4)としか言えない気がします。

陽極が無い=電子線でない=電子の集まりという事になりますが、回答(2)にもありますようにクーロン力にしても、電子の持っているエネルギー(eV)の大きさ次第なので・・・。


対象がブラウン管とか限定されているなら、(そのぐらいのエネルギーであれば)お互いに殆ど干渉はしないと思いますので、私も(1)が無難かな(4以外という条件であれば)という気はします。


ブラウン管、真空管関係をいじった経験などから、何となく感覚的には分かるのですが・・・。余談ですが、結構、地磁気の影響って大きいですよね

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%96%E3%83%A9%E3%82%A6%E3%83%B...

◎質問者からの返答

「電子を回収する」陽極、です。例えばブラウン管にも、そういうのがありますし、学校でする電子線の実験装置にも、(電子に運動エネルギーを与える電極の他に)陽極が付いたものがあります。

この質問の電子銃も、陰極と加速電極とがセットになっていると考えてください。この加速電極とは別に、電子回収のための陽極がある、という意味です。

地磁気の影響は、両方の電子線に同じようにかかり、同じ方向へ曲がりますので、…曲がる事によって近づくという言い方もできますけど…、まぁ地磁気によるものかどうかはわかりますよね。それに、実際にこの手の実験装置にあるように、地磁気補償を行うコイル内で実験する事もできます。

家で実験できれば、てっとり早いんですがねぇ…実験装置を作れないので…。


4 ● ymlab
●50ポイント

殆ど思いつきで申し訳ないですが・・。・

条件によって変わると思います。

ただ、どれかといわれれば、普通に電子銃で照射しても、当たらずに曲がると思います。従って(2)です。

しかし、思い切りシンクロトロンなどで加速させると、

間違いなく(1)と思います。

http://www.linear-collider.org/kasokuki_p1.html

残念ながらe- e-の衝突はありませんでしたが、e-とe+の衝突はありました。

新しい粒子が出てくるようですね。

◎質問者からの返答

やはり無難に(4)という事になりそうです。

実際の実験結果が知りたいですよね、やはり。

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