Kako se nabijena čestica ubrzava u elektrostatičkom polju

• Elektronski top
• Korištena literatura

Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Što imaju zajedničko mikrovalna pećnica, elektronski mikroskop i stari CRT TV? Unutar svih ovih uređaja nalazi se katodna cijev koja emitira elektrone, koje zatim ubrzava elektrostatičko polje.

Električni naboji međusobno djeluju: naboji istog predznaka se međusobno odbijaju, naboji suprotnog predznaka privlače. Ove interakcije su posredovane električnim poljem. Njega stvara svaki naboj i svaki naboj s njime u interakciji.Električno polje opisuje se vektorskom veličinom E, - jakost električnog polja. Ova vrijednost je definirana kao omjer sile F, kojom polje djeluje na električni naboj q, i vrijednosti ovog naboja: E=F / q .

Dakle, ako je električni naboj q u električnom polju koje stvaraju drugi naboji, na njega djeluje sila: F=qE . [2]Riža. 1. Djelovanje vanjskog električnog polja na pozitivne i negativne naboje

Prema Newtonovom drugom zakonu, djelovanje sile uzrokuje gibanje s akceleracijom: a=F / m . [3]

Kombiniramo li jednadžbe (2) i (3), dobit ćemo jednadžbu za ubrzanje nabijene čestice u električnom polju: a=qE / m . [4]Treba upamtiti da ovo ubrzanje općenito nije konstantno, budući da veličina jakosti električnog polja može ovisiti o položaju. To će biti slučaj npr. za električno polje stvoreno točkastim nabojem, čiji intenzitet opada s kvadratom udaljenosti od naboja.

Razmotrimo primjer kada je električno polje posvuda konstantno (tzv. uniformno polje). Nešto poput ovoga je slučaj unutar ravnog kondenzatora, tj. između dvije vodljive nabijene ploče paralelne jedna s drugom.

_{Riža. 2. Shema sustava za otklon elektronskog snopa. UC - izvor napona.}

Na dvije ploče se dovodi električni napon U_{C, uslijed čega se ploče naelektrišu: gornja pozitivnim električnim nabojem, a donja nabojem negativna. Linije električnog polja su okomite na ploče i usmjerene od pozitivno nabijene ploče prema negativno nabijenoj.}

Pretpostavimo sada da elektron padne u područje između ploča brzinom v₀paralelno s površinom ploča. Na samom početku elektron ima samo komponentu brzine v_x, ali električno polje uzrokuje ubrzanje elektrona.Budući da je električno polje, a time i sila, okomito na komponentu v_x, ono će ostati konstantno, kao u slučaju horizontalne projekcije u gravitacijskom polju. Međutim, v_ykomponenta će se promijeniti jer postoji sila koja djeluje u smjeru y F_y=qE.

Budući da je polje jednoliko unutar ravnog kondenzatora, sila će biti konstantna. Stoga će i ubrzanje biti konstantno. Stoga možemo odrediti vremensku ovisnost komponente brzine: v_{y=at .}

Koristeći jednadžbu (4), možemo napisati da će vrijednost ove komponente biti: v_y=( qEt ) / m . [6]

Imajte na umu da je električno polje usmjereno prema dolje, ali je naboj na elektronu negativan. To znači da sila djeluje prema gore, pa će komponenta brzine v_{y biti usmjerena prema gore.}

Znajući duljinu ploča, možemo odrediti vrijeme t potrebno da elektron prođe kroz presjek između ploča: t=l / v₀[7] , gdje je l duljina ploča i stoga je x komponenta položaja elektrona na izlazu iz područja između ploča.Konačno, kombinacijom jednadžbi (6) i (7) dobivamo vrijednost komponente v_{y :}

v_y=qEl / mv_{0 .}

Ovaj sustav se može koristiti za skretanje putanje elektrona ili bilo koje druge nabijene čestice. Također se može koristiti kao detektor nabijenih čestica. Proučavanjem otklona čestice možemo pronaći omjer njezinog naboja i mase i tako odrediti o kojoj vrsti čestice imamo posla.

Sada razmotrite sustav koji se koristi da elektronima da ogromne brzine, takozvani elektronski top.

Elektronski top

Riža. 3. Shema elektronskog topa

Prva komponenta elektronskog topa je katoda (K), koja je komad vodiča (poput volframove žice) zagrijan na vrlo visoku temperaturu. Katoda je izvor elektrona koji iz nje izlaze zbog tzv. toplinske emisije.Međutim, brzina elektrona koji napuštaju katodu je vrlo mala.

Druga komponenta sustava, anoda (A), odgovorna je za njihovo ubrzanje. U najjednostavnijem slučaju, to može biti metalni disk s rupom. Ako se na katodu i anodu dovede električni napon (U_{A), između njih će se pojaviti električno polje. Ako je električni potencijal anode veći od električnog potencijala katode, tada će električno polje biti usmjereno od anode prema katodi. Elektroni (e), budući da imaju negativan naboj, bit će privučeni anodom. Oni će postići svoju najveću brzinu (V) u središtu otvora anode jer je tamo električni potencijal najveći.}

U ovom slučaju električno polje između katode i anode je nejednoliko, pa će se elektron gibati nejednoliko, odnosno promjenjivom akceleracijom. Međutim, možemo odrediti brzinu letenja elektrona kroz otvor anode ako znamo napon U_{A spojen između katode i anode.Električni napon ili razlika potencijala, pomnožen s količinom naboja, jednak je radu električnog polja da ubrza električni naboj. Ako pretpostavimo da je brzina elektrona izravno na katodi zanemariva u usporedbi s maksimalnom brzinom, tada je taj rad jednak kinetičkoj energiji elektrona:}

eU_A=( m_ev²) / 2 , gdje je m_{e je masa elektrona, a e je naboj elektrona (tzv. elementarni naboj). Iz ovoga možemo odrediti vrijednost maksimalne brzine elektrona:}

v=2eU_A/ m_{e .}

Elektronski top se može naći u mnogim uređajima, kao što su mikrovalna pećnica, rendgenska cijev, cijevno pojačalo za električnu gitaru ili elektronski mikroskop. Vrijednost napona U_{A za ubrzanje elektrona ovisi o primjeni i može varirati od nekoliko stotina volti u slučaju cijevnih pojačala, do vrijednosti u rasponu od 2 - 5 kV u mikrovalnoj pećnici pećnici, pa čak i do 100 - 300 kV u transmisijskom elektronskom mikroskopu.}

Korištena literatura

• 1. Fizička enciklopedija.- M.: Sovjetska enciklopedija, 1988.
• 2. Irodov I.E. Osnovni zakoni elektromagnetizma.- M.: Viša škola, 1983.
• 3. Matveev A.N. Elektricitet i magnetizam. - M.: Viša škola, 1983.

Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!