Тема 1.2 Рух електронів в електричних та магнітних полях

Взаємодія електронів , що рухаються, з електричним полем є головним процесом в електровакуумних та напівпровідникових приладах.

Більшість провідників – це кристалічні тіла, атоми яких знаходяться у вузлах кристалічних ґраток. Для роботи електронних приладів необхідні вільні електрони. Тільки в цьому випадку вони зможуть виконувати функції носіїв електричного струму. Як отримують такі електрони? На перший погляд, відповідь немає ускладнень – бо кожне з оточуючих нас речовин має багато електронів. Необхідно лише „одірвати” їх від ядра і при потребі „вилучити” їх з речовини. Але, з’ясовується, що це можливо лише за певних умов. Ці умови й розглядаються в даній темі.

При температурі Т = 0 ⁰ К і відсутності інших джерел збудження електрони в атомах різних речовин займають рівні з найменшою енергією. Розподіл Фермі. „Електронний газ”. У цілому ж провідник електрично нейтральний, тобто сумарний негативний заряд електронів дорівнює сумарному позитивному заряду іонів кристалічної гратки. Вихід електронів за поверхню метала.

Керування рухом вільних електронів в більшості електронних приладів відбувається за допомогою електричних чи магнітних полів. В чому полягає суть цих явищ? Яким закономірностям вони підкоряються? Розглянемо ці питання спочатку для електричного поля, а потім для магнітного.

Електрон у електричному полі. Взаємодія електронів які рухаються з електричним полем – основний процес, який має місце в більшості електронних пристроїв. Найбільш простим випадком є рух електрона в однорідному електричному полі. Поняття рівномірного та нерівномірного електричних полів. У рівномірному полі, сила що діє на електрон – стала, прискорення стале і електрон рухається рівноприскорено. Швидкість , яку придбає електрон коли рухається в прискорюючому полі, залежить тільки від пройденої різниці потенціалів. Якщо поле нерівномірне, рух електрона ускладнюється, і його можна розрахувати методами теоретичної механіки. Рух електрона в прискореному, гальмуючому та поперечному електричних полях. Траєкторія руху електрона в прискорюючому, гальмуючому та поперечному електричному полі.

Електрон у магнітному полі. Вплив магнітного поля на рух електрона можна розглядувати як дію цього поля на провідник з струмом. Це положення можна доказати. Сила Лоренца, яка діє на електрон який рухається в магнітному полі. Визначення напрямку сили Лоренца за правилом лівої руки. Так як сила Лоренца завжди перпендикулярна до магнітної лінії то роботи вона не виконує. Траєкторія руху електрона в магнітному полі. Якщо електрон влітає в магнітне поле перпендикулярно до магнітної лінії, то у магнітному полі він рухатиметься по колу, радіус якого визначається за певною формулою. Якщо ж електрон влітає в магнітне поле під кутом, то на нього одночасно будуть діяти дві складові і тому у магнітному полі він рухатиметься по циліндричній гвинтовій лінії. Таким чином, за допомогою електричного та магнітного полів можна формувати траєкторію руху електрона. Залежність руху електрона від кута між вектором магнітної індукції і вектором швидкості електрона. Розглянуті можливості зміни траєкторії руху електрона за допомогою магнітного поля застосовується для фокусування і керування електронним потоком в електронно – променевих трубках та інших пристроях.

Визначення радіусу руху електрона, якщо він влітає у магнітне поле перпендикулярно.

ЛЕКЦІЯ № 3