Лекция №1 движение электрона в электрическом и магнитном полях.
Цель: изучить особенности движения электрона в электрическом и магнитном поле, а также приборы, созданные на основе этого движения.
Задачи:
Рассмотреть закономерности движения электрона в электрическом поле
Изучить особенности приборов, основанных на движения электрона в электрическом поле
Рассмотреть закономерности движения электрона в магнитном поле
1 Движение электрона в электрическом поле
Электрон – материальная частица, имеющая определенную массу и электрический заряд q. При движении электрона в электрическом поле на него действует сила F=E/q , где Е – напряженность поля. Данная сила заставляет электрон перемещаться с ускорением а и подчиняется законам механики
.
Отсюда следует что электрон приобретает в процессе движения скорость U=at и определенный запас кинетической энергии движении
.
Электрическое поле для электрона должно быть при этом ускоряющим. В таком поле электрон движется по силовой линии поля и, создавая определенную конфигурацию поля, можно траекторию движения электрона предопределить заранее. В тормозящем электрическом поле электрон движется замедленно и при этом теряет кинетическую энергию движения. Процесс потери энергии выражается в излучении движущимся электроном электромагнитной волны (закон сохранения энергии).
2 Электровакуумные приборы, созданные на основе учета особенностей движения электрона в электрическом поле
Диод.
Диод представляет простейший электровакуумный прибор, состоящий из вакуумированного баллона, внутри которого расположена система из двух металлических коаксиально расположенных цилиндра-электрода. Больший цилиндр-электрод называется анодом, меньший – катодом. В катоде расположена нить накала, выполненная из вольфрама. Катод покрыт специальным веществом, обладающим максимальной термоэлектронной эмиссией. При приложении к аноду положительного потенциала между катодом и анодом возникает электрический ток. Диод используют как выпрямительный элемент для преобразования переменного напряжения в постоянный ток.
Триод
Пусть имеется металлический цилиндр, в котором находится вольфрамовая нить. Катод сделан из материала, обладающего наибольшим коэффициентом термоэмиссии.
Вольфрам при нагреве окисляется и покрывается оксидной пленкой, являющейся диэлектриком, поэтому нить спиралевидная – витки изолированы друг от друга и вольфрамовая нить работает по всей длине.
Триод отличается от диода тем, что в нем между катодом и анодом располагается электрод называемый сеткой. Сетка выполнена тонким проводом и представляет собой спираль.
Электрическое поле анод-катод воздействует на электроны, т. е. электроны, эмитированные с катода устремляются к аноду. Сетка расположена вблизи катода.
Электронно-лучевая трубка
Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) – есть электронный прибор, предназначенный для преобразования электрического сигнала в видимый сигнал и его вывода на экран. В ЭЛТ осуществляется эффективное уравнение движением электронного пучка на пути его движения от катода к аноду через систему управляющих электродов. Электронный пучок выводится на экран, покрытый люминофором, где происходит высвечивание точки. Во время движения электронного пучка от катода к аноду пучок фокусируется, дополнительно ускоряется и попадает в область, где происходит управление траекторией движения.
Электрическое поле между отклоняющими пластинами однородно (поле конденсатора), эта конструкция помещается в вакуумированный объем.
Клистрон
Клистрон представляет собой триод, объединенный с объемным резонатором.
В клистроне можно выделить ускоряющее поле EСК и тормозящее EАС. На сетку подается положительный потенциал. Сетка редка, электроны попадают в объемном резонатор, где поле тормозящее. Электрическое поле сетка-катод для электрона является ускоряющим полем. Электрон движется ускоренно, его энергия возрастает.
В объемном резонаторе электроны, тормозясь в поле, излучают.
Клистроны генерируют мощность от милливатт до десятков киловатт в см и мм диапазоне излучения.