Otras carreras Ejercicio de física con Transistor balístico de electrones

[Andrews]

Hola a todos, como están? tengo que resolver el siguiente ejercicio, pero no se me ocurre, de pronto podrían darme una idea o guía de como proceder?
Muchas gracias

Transistor balístico de electrones. En la electrónica de nanoescala, los electrones se pueden tratar como bolas de billar. La figura muestra un sencillo dispositivo que en la actualidad está en estudio, en el que un electrón choca elásticamente con una pared rígida (un transistor balístico de electrones).

Las barras verdes representan electrodos que pueden aplicar una fuerza vertical de 8.0x10^–13 N a los electrones. Si un electrón inicialmente tiene componentes de velocidad v_x = 1.00 · 10⁵ m/s y v_y = 0 y la pared está a 45°, el ángulo de deflexión\theta _D es de 90°. ¿Por cuánto tiempo necesita aplicarse la fuerza vertical de los electrodos para obtener un ángulo de deflexión de 120°? ¿Qué tipo de transistores balísticos han desarrollado recientemente?

[Al2000]

Re: Ejercicio de física con Transistor balístico de electrones

Usa un poquito de geometría para determinar en que ángulo con la horizontal debe salir el electrón de la zona de los electrodos. Fíjate que es similar al reflejo de un rayo de luz, el ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión serán iguales. Una vez que sepas cuanto vale el ángulo de la trayectoria a la salida de las placas, simplemente recuerda que ese ángulo vendrá dado por $\dst \tan \alpha = \frac {v_y}{v_x}$ y por lo tanto puedes determinar la componente de la velocidad en Y (en X será constante). Por último usa la fórmula de la velocidad en Y, $v_y = a t$, siendo la aceleración la que obtienes a partir de la fuerza que te dan y la masa del electrón.

Espero que sean suficientes tips

Saludos,

$\mathcal A \ell$

[Andrews]

Re: Ejercicio de física con Transistor balístico de electrones

Hola amigo muchas gracias por responder, pero la verdad no entendí muy bien , podrías explicarme mas detalladamente si no es molestia, es que este ejercicio hace parte de mi parcial y no he podido resolverlo, muchas gracias

[Richard R Richard]

Re: Ejercicio de física con Transistor balístico de electrones

vayamos por partes creo que Al te dio muy bien todas las instrucciones

el angulo de salida es de 120 ° con respecto al de la entrada pues eso es el valor de la deflexión, y el angulo de reflexión es la mitad,sabiendo que la normal de la superficie de choque que esta a 45 °, es una linea con dirección en angulo de 135° tiene 135-60=75° de angulo de salida por lo que el de entrada sera 135+60= 195° siempre medido con respecto a la horizontal y en sentido antihorario osea como la horizontal esta a 180 ° solo debe ascender con una dirección de 195-180=15°

por lo que el electrón debe ascender para reflejarse en ese angulo,

la velocidad final que debe adquirir en la dirección $y$ viene dada por $\cancel{tan\alpha=tan 15=\dfrac {V_x}{V_y}=\dfrac {\notcien {1}{-5}}{V_y}}$
$tan\alpha=tan 15=\dfrac {V_y}{V_x}=\dfrac {V_y}{\notcien {1}{-5}}$


si la aceleración que sufre el electron es $a=\dfrac{F}{m_e}=\dfrac{\notcien {8}{-13}}{\notcien{9.109534}{-31}}$

luego de la cinemática sabes que $V_y=V_o+at$ y que la velocidad inicial en la dirección y es cero por lo que

$t=\dfrac{V_y}{a}$

[Al2000]

Re: Ejercicio de física con Transistor balístico de electrones

...
la velocidad final que debe adquirir en la dirección $y$ viene dada por $tan\alpha=tan 15=\dfrac {V_x}{V_y}=\dfrac {\notcien {1}{-5}}{V_y}$
...

Una pequeña corrección aquí... si $\alpha$ es el ángulo de salida de las placas, en un sistema de ejes convencional, entonces $\dst \tan \alpha = \frac {v_y}{v_x}$

Mira Andrews, te sugiero que hagas un esquema con la trayectoria del electrón para que determines el ángulo de salida. Cuando se aplique la fuerza, el electrón acelera en la dirección vertical, presumiblemente hacia arriba aunque el enunciado no lo diga expresamente (si desviara hacia abajo, el ángulo $\theta _\mathrm {D}$ disminuiría en lugar de aumentar).

Debido a la fuerza aplicada al electrón entre las placas, éste describirá una trayectoria parabólica. Al llegar al final de las placas ya la fuerza no actúa y el electrón se seguirá moviendo en línea recta en la dirección en la cual haya salido de entre las placas. Esa trayectoria, ahora ligeramente inclinada hacia arriba, llevará al electrón a chocar con la superficie inclinada y desviarse en un cierto ángulo algo mayor que el mostrado en el dibujo. Haz el trazado de la trayectoria tomando en cuenta que, al chocar con la superficie inclinada, el ángulo de incidencia debe ser igual al de reflexión (o rebote); recuerda que el ángulo de incidencia = rebote se mide con respecto a la normal a la superficie inclinada.

Una vez que conozcas el ángulo que forma la trayectoria con respecto a la horizontal (eje X), la componente Y de la velocidad la calculas con la tangente del ángulo, que es simplemente $v_y/v_x$. Lo demás es calcular el tiempo conocida la aceleración, la velocidad inicial (que es nula) y la velocidad final que acabas de calcular.

Yo me entretuve haciendo el cálculo y deberías obtener, salvo error por mi parte, que $\dst \Delta t = \frac {m_e v_x} F \tan (\textstyle \frac 1 2 \theta _\mathrm {D} - \textstyle \frac \pi 4)$.

Saludos,

$\mathcal A \ell$

[Andrews]

Re: Ejercicio de física con Transistor balístico de electrones

Muchas gracias a los dos, lo resolveré con todas sus instrucciones que me dieron, muchas gracias