Главная  Электронные лампы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [ 7 ] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]

\Л. ДВШЕСЕШШ &ЛШтПОВ в ЗЛЕКТРПЧЕСКИХ и МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ

Управление движениелг свободных электронов е большинстве электронных приборов осуществляется с помощью электрических или магнитных полей. В чем состоит сущность этих явлений? Каким закономерностям они подчиняются? Рассмотрим эти вопросы вначале для электрического поля, а затем для магнитного.

Электроне электрическом поле. Взаимодействие двнжунихся электронов с электрическим полем - основной процесс, происходящий в большинстве электронных приборов. Наиболее простым случаем является движение электрона в однородном электрическом поле, т. е.

+ + +

---Уз I- -(---и.

+ -г

----и

и.>и>..>и,

*-+ + + + +

Рис. 1.8. Движение электрона в ускоряющем (а), тормозящем (б) и поперечном {в) электрически.х полях.

в поле, напряженность которого одинакова в любой точке как по величине, так и по направлению.

На рис. 1.8, а показа1Уо однородное электрическое поле, созданное между двумя параллельными пластинами достаточно большой про-тяженности, чтобы пренебречь искривлением ноля у краев.

На электрон, как и на любой заряд, помещенный в электрическом поле с напряженностью Е, действует сила, равная произведению величины заряда на напряженность поля в месте нахождения заряда,

F = -eE. (1.15)

Знак минус показывает, что вследсгвие отрицательного заряда электрона сила имеет направление, противоположное направлению вектора напряженности электрнческо!о поля. Под действием силы F э.[ектрон двигается навстречу электрическому полю, т. е. перемещасг-ся в сторону точек с более высоким потенциалом. Поэтому поле в ,цан-ном случае является ускоряющим. Работа, затраченная электрическим полем иа неремеа[,ение заряда из oahoii точки в другую, равна нропз-ведению величины заряда иа разность потенциалов между этими точками, т. е. для электрона

Л = cU e{U, - U), (1.16)

где 7 - ра.зность потенциалов между точками 1 п 2 (рис. 1.8, а).



Эта работа затрачивается на сообщение электрону кинетической энергии

trig (Va „ у2

к = ~Ц-(1.17)

где V и Va - скорости движения электрона в точках 2 и /. Приравнивая равенства (1.16) и (1.17), получаем

fcef/. (1.18)

Если начальная скорость электрона Vq = О, то

eU. (1.19)

Отсюда можгю определить скорость электрона в электрическом поле при разности потенциалов U:

V=Y (1.20)

Подставляя в (1.20) значение заряда и массы электрона, можно получить выражение для скорости электрона (в км/с):

Таким образом, скорость, приобретаемая электроном при движений в ускоряющем поле, зависит только от пройденной разности потенциалов. 11з формулы (1.21) видно, что скорости электронов, даже при сравнительно небольшой разности потенциалов, получаются значительными. Например, при U = 100 В получаем V = 6000 км/с. Прн такой большой скорости электронов все процессы в приборах, связанные с движением электронов, протекают очень быстро. Например, время, необходимое для пролета электронов между электродами в электронной лампе, составляет доли микросекунды. Именно поэтому работа большинства электронных приборов может считаться практически безынерционной.

Рассмотрим теперь движение электрона, у которого начальная скорость направлена против силы F, действующей иа электрон со стороны поля (рис. 1.8, б). В этом случае электрическое ноле является для электрона тормозящим. Скорость движения электрона и его кинетическая энергия в тормозящем поле уменьшаются, так как в да[цюм случае работа совершается не силами поля, а самим электроном, который за счет своей энергии преодолевает сопротивление сил поля. Энергия, теряемая электроном, переходит к полю. Действительно, поскольку движение электрона в тормозящем поле означает его перемещение в направлении отрицательного полюса источника поля, то при приближении электрона к послбутнему сум.марный отрицательный заряд увеличивается и соответственно увеличивается энергия поля. В тот момент, когда электрон полиостью израсходует свою кинетическую энергию, его скорость окажется равной нулю, н затем электрон будет



двигаться п обратном нанраплснии, Движение ei-o в обратном напрап-ленин является не чем иным, как рассмотреги[ым вьннс дннженне;,: без начальной скорости в ускоряющем поле. Прн таком движении электрона поле позвраи1,ает ему ту энергию, которую он потерял при cвoe; замедленном движении. Возможен такой случай, когда электрон, об-ладающи11 больнюй начальной скоростью, не успевает за время пребывания в тормозящем поле израсходовать всю кинетическую энергию. При этом он теряет только часть своей энергии, передавая ее полю.

В pяccютpeн;Iыx выше случаях направление скорости движения электрона Пы.Ю параллельным направлению электрических силовых линий 1к;ля. Такое электрическое иоле называется продольным. Поле, нзнравлеппое перпендикулярно вектору начальной скорости электрона, называется поперечным. Рассмотрим, что происходит, если электрон влетает в электрическое поле с некоторой начальной скоростью Vq и под прямым углом к направлению электрических силовых линий (рис. 1.8, в). Поле действует на электрон с постоянной силой, опреде-ляeюй по формуле (1.15) и направлен1юй в сторону более высокого полол\нтельного нотепннала. Под действием этой силы электрон приобретает скорость Vj, направленную навстречу нолю. В результате электрон совершает одновременно два взаимно перпендикулярных движения: прямолинейное равномерное но инерции со скоростью Vo н прялюлинейное рав1Юмерно ускоренное со скоростью Vi- Под влиянием этих двух взаимно перпендикулярных скоростей электрон будет двигаться по траектории, представляющей собой параболу. После выхода из электрического поля электрон будет двигаться по инерции прямолинейно.

В электронных приборах электрические ноля обычно неоднородны. Они характеризуются непостоянством напряженности но величине и направлению. Конфигурация таких полей весьма разнообразна и сложна. Выбором величины и направления начальной скорости электронов, а также величины н наиравления напряженности электрического поля можно заставить электроны двигаться по заранее рассчитанной траектории, подобно тому, как направление светового луча изменяют путем выбора первоначального его направления и соответствующих оптических сред. Таким образом, существует подобие между законами движения электронов в электрическом иоле и законами световой оптики. На основании такой аналогии науку, которая изучает движение электронов в электрическом поле, называют электронной оптикой.

Электрон в магнитном поле. Вшяние магнитного поля на движущийся электрон можно рассматривать как действие этого поля на проводн]К с током. Это положение доказывается следующим образом. Движенце электрона с зарядом е и скоростью V эквивалентно току г, проходящему черсз элементарный отрезок проводника длиной Д/. так как

ШеУ. (1.22)

Дейс1вительно, ток

= At



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [ 7 ] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]

0.001