Mekkora és milyen polaritású feszültséget kell kapcsolni vákuumban két vízszintesen, egymástól 1 cm -re elhelyezett, párhuzamos, sík fémlemez közé, hogy homogénnek tekinthető elektromos terükben lebegjen egy 10-6 g tömegű,1 pC töltésű porszem?

Sajnos az itt lévő univerzum-fizikusok és feketelyuk-szakértők - akiknek kisujjában van a klasszikus fizika - nem érnek rá foglalkozni a kérdéseddel, mert minden energiájukkal és idejükkel Einsteint próbálják feltámasztani :).

Az U elektromos potenciál (vagy potenciálkülönbség, feszültség) az egységnyi pozitív ponttöltésen - U által - végzett munka (ha Q=1 C, W=U).

W = Q U

Az E elektromos térerősség(vektor) az egységnyi pozitív ponttöltésre ható erő (ha Q=1 C, F=E):

F = Q E

Mechanikából biztosan ismerős már a W = F s összefüggés, miszerint egy testen végzett W munka a testre ható F erő és a test s elmozdulásának szorzatával egyenlő.

Jelöljük a két fémlemez távolságát d-vel, a mechanikai összefüggést alapul véve fölírható homogén elektromos térre vákuumban, hogy:

W = F d

Q U = Q E d

U / d = E

Tehát az E elektromos térerősség nagysága homogén térben, vákuumban a két fémlemezre kapcsolt U feszültség és a két fémlemez közötti d távolság hányadosával egyenlő.

Akkor lebeg az m tömegű, Q töltésű porszem, ha az elektromos és gravitációs tér által ható erő 1. ellenirányú:

A pozitív polaritású lemez kerül alulra, mert így az elektromos térerő a gravitációs erő ellenében (fölfelé) hat a pozitív töltésű porszemre.

2. és azonos nagyságú:

Q E = m g

Q U/d = m g

U = m g d / Q = 10^-9 kg * 9,81 m/s^2 * 0,01 m / 10^-12 C = 98,1 kgm^2/Cs^2 = 98,1 V