Сегодня: 22 | 10 | 2020

Лекция Основы электронной теории

Если пренебречь начальной скоростью электрона, то формула (4) может быть упрощена: заменив отношение заряда электрона к его массе числовым значением и выражая потенциалы в вольтах, а скорость в М1сек, Получаем

(5)

Время пролета электроном расстояния h между электродами определяется формулой

(6)

Где

— средняя скорость электрона.

Если электрон будет двигаться* в направлении, совпадающем с направлением вектора напряженности электрического поля Е, То направление перемещения окажется противоположным силе, действующей на электрон, и он будет расходовать ранее приобретенную кинетическую энергию. Таким образом, двигаться навстречу действия поля электрон сможет лишь при условии, если он обладает некоторой начальной скоростью, т. е. некоторым запасом кинетической энергии. При этом движение электрона будет равномерно замедленным (тормозящее электрическое поле) и, когда запас кинетической энергии электрона полностью израсходуется (т. е. кинетическая энергия полностью перейдет в потенциальную), электрон остановится и начнет равномерно ускоренно перемещаться в направлении действия силы F (рис. 2).

Практически однородное электрическое поле в электровакуумных приборах встречается крайне редко. В неоднородном поле напряженность изменяется от точки к точке как по величине, так и по направлению. Поэтому и сила, действующая на электрон, тоже меняется как по величине, так и по направлению.

В электровакуумных приборах, наряду с электрическим полем, для воздействия на движение электронов используется также магнитное поле. Если электрон находится в состоянии покоя или если он движется параллельно иловой линии магнитного поля, то на него никакая сила е действует. Поэтому при определении взаимодействия движущегося электрона и магнитного поля следует учитывать только составляющую скорости, перпендикулярую силовым линиям магнитного поля.

Сила F, Действующая на электрон, всегда перпендиулярна вектору напряженности магнитного поля и вектору скорости электрона (рис. 3). Направление силы F можно определять по «правилу буравчика»: если ручку буравчика вращать в направлении от вектора Н К вектору скорости электрона V по кратчайшему угловому направлению, то поступательное движение буравчика совпадает с направлением силы Р. Так как действие силы F всегда перпендикулярно направлению движения электрона, то эта сила не может совершать работы и влияет лишь на направление его движения. Кинетическая энергия электрона остается прежней, он движется с постоянной скоростью. Величина силы F определяется по формуле (7)

где Е — заряд электрона;
Н — напряженность магнитного поля;
оп — составляющая скорости электрона, перпендикулярная полю H

Рис. 3. Движение электрона в магнитном поле.

Сила F сообщает электрону значительное центростремительное ускорение, изменяя при этом траекторию его движения. Радиус кривизны траектории электрона определяют по формуле

Г = 3,37^г, (8)

Где Н — в эрстедах; Vп — в вольтах; Г — в сантиметрах.
Изменяя напряженность магнитного поля, можно менять радиус траектории электрона. Если электрон имеет
также и составляющую скорости вдоль силовых линий

15

Магнитного поля, то траектория электрона будет винтовой с постоянным шагом. .

Часто электрон движется в пространстве, в котором
одновременно имеются электрическое и магнитное поля.
При этом, в зависимости от величины и направления начальной скорости электрона, а также от напряженности
электрического и магнитного полей, траектория электрона

Будет иметь различную форму.

В качестве примера рассмотрим движение электрона без начальной скорости во взаимно перпендикулярных однородных электрическом и магнитном полях
(рис. 4).

На электрон, помещенный
в точку А, Действует электрическое поле, и он начинает двигаться
против направления вектора напряженности электрического поля.
Как только у электрона проявляется какая-то скорость, возникает поперечная отклоняющая сила Р, И чем больше будет скорость электрона у, которую он приобретает за счет взаимодействия с электрическим полем, тем больше становится
сила Р. В точке В Движение электрона происходит перпендикулярно силовым линиям электрического поля. В этой
точке электрон обладает наибольшей скоростью, а следовательно, и максимальной кинетической энергией. Дальнейшее движение электрона происходит под действием магнитного и ставшего для него тормозящим электрического
поля. В точке С Вся кинетическая энергия, запасенная
электроном ранее, будет израсходована на преодоление тормозящего электрического поля. Потенциал точки С Равен
потенциалу точки А. Электрон, описав циклоидную траекторию, возвращается на прежний потенциальный уровень.

Е

Рис. 4. Движение элек-
трона во взаимно перпен-
дикулярных электричес-
ком и магнитном полях.

2.3. Работа выхода электронов. Виды электронной эмиссии.

Виды Электронной Эмиссии

В кристаллической решетке металла имеются свободные электроны, двигающиеся с различными скоростями. Наиболее быстрые электроны покидают металл и вблизи его поверхности образуют «электронное облАко» — проСтранственный заряд. В связи с этим на очередной электрон, покидающий поверхность металла, действуют сила притяжения к металлу (получившему положительный заряд после того, как его покинула часть электронов) и сила отталкивания от пространственного заряда.

Пространственный заряд электронов у поверхности металла находится в динамическом равновесии: из электронного облака электроны непрерывно возвращаются на поверхность металла, а на их место поступают новые электроны.

Процесс выхода электронов с пОверхнОсти металла в окружающую среду называется эЛектронной эМиссией. Увеличить электронную эмиссию можно нагревом или облучением металла светом, либо созданием у его поверхности сильных электрических полей, либо бомбардировкой поверхности металла электронами или ионами.