b) Determine la diferencia de potencial con la que debe acelerarse una partícula α para que su longitud de onda asociada sea de 10−13 m, teniendo en cuenta las relaciones entre las masas y las cargas indicadas en el apartado a).Primero, calculamos la masa y la carga de la partícula α a partir de los datos proporcionados:
mα=4⋅mp=4⋅(1,7⋅10−27 kg)=6,8⋅10−27 kg qα=2⋅e=2⋅(1,6⋅10−19 C)=3,2⋅10−19 C La longitud de onda de De Broglie se relaciona con el momento lineal (p) de la partícula mediante la fórmula:
λ=ph Despejamos el momento lineal p:
p=λh=10−13 m6,63⋅10−34 J s=6,63⋅10−21 kg m/s La energía cinética (Ek) de la partícula se puede expresar en términos de su momento lineal y masa:
Ek=2mαp2 Sustituimos los valores para calcular la energía cinética:
Ek=2⋅(6,8⋅10−27 kg)(6,63⋅10−21 kg m/s)2=1,36⋅10−26 kg4,39569⋅10−41 (kg m/s)2≈3,232⋅10−15 J Cuando una partícula cargada se acelera a través de una diferencia de potencial (ΔV), la energía cinética que adquiere es igual al trabajo realizado por el campo eléctrico, que viene dado por Ek=qαΔV. Despejamos la diferencia de potencial:
ΔV=qαEk Sustituimos los valores para encontrar la diferencia de potencial:
ΔV=3,2⋅10−19 C3,232⋅10−15 J≈1,01⋅104 V