Физика скачать реферат

[ книги ] [ рефераты ] [ тесты ] [ ридеры ] [ регистрация ] [ вход ]
[ новинки книг ] [ категории книг ] [ правила ]

Движение электрона скачать реферат

Движение заряженных частиц в магнитном и электрическом полях

1. Движение электрона в равномерном магнитном поле, неизменном во времени и направленном перпендикулярно скорости.
В данных разделах под заряженной частицей мы будем подразумевать электрон. Заряд его обозначим q=-qэ и массу m. Заряд примем равным qэ=1,601.10-19 Кл, при скорости движения, значительно меньшей скорости света, масса m=0,91.10-27 г. Полагаем, что имеет место достаточно высокий вакуум, так что при движении электрон не сталкивуается с другими частицами. На электрон, движущийся со скоростью в магнитном поле индукции, действует сила Лоренца .
На рис 1 учтено, что заряд электрона отрицателен, и скорость его направлена по оси y, а индукция по оси- x. Сила направлена перпендикулярно скорости и является центробежной силой. Она изменяет направление скорости, не влияя на числовое значение.

Электрон будет двигаться по окружности радиусом r с угловой частотой ц, которую называют циклотронной частотой. Центробежное ускорение равно силе f, деленной на массу .

Отсюда
(1)

Время одного оборота



Следовательно

(2)

2. Движение электрона в неизменном во времени магнитном поле, когда скорость электрона не перпендикулярна силовым линиям.

Рассмотрим два случая: в первом- электрон будет двигаться в равномерном, во втором – в неравномерном поле.
а) Движение в равномерном поле. Через  на рис 2. Обозначен угол между скоростью электрона и индукцией . Разложим на , направленную по и численно равную , и на , направленную перпендикулярно и численно равную . Так как , то наличие составляющей скорости не вызывает силы воздействия на электрон. Движение со скоростью приводит к вращению электрона вокруг линии подобно тому, как это было рассмотрено в первом пункте. В целом электрон будет двигатся по спирали рис. 2. б. Осевой линией которой является линия магнитной индукции. Радиус спирали шаг спирали
(3)

Поступательное и одновременно вращательное движение иногда называют дрейфом электрона.
Рис 2. б.
б) Движение в неравномерном поле. Если магнитное поле неравномерно, например сгущается ( рис.2 в.), то при движении по спирали электрон будет попадать в точки поля, где индукция В увеличивается. Но чем больше индукция В, тем при прочих равных условиях меньше радиус спирали r. Дрейф электрона будет происходить в этом случае по спирали со всем уменьшающимся радиусом. Если бы
магнитные силовые линии образовывали расходящийся пучок, то электрон при своем движении попадал бы в точки поля со все уменьшающейся индукцией и радиус спирали возрастал бы.

Рис 2. в.

3. Фокусировка пучка электронов по¬стоянным во времени магнитным полем (магнитная линза).
Из катода электронного прибора (рис. 3) выходит расходящийся пучок электронов. Со скоростью электроны входят в неравномерное магнитное поле узкой цилиндрической катушки с током.
Разложим скорость электрона в произвольной точке т на две составляю¬щие: и .
Первая направлена противоположно , а вторая -перпендикулярно . Возникшая ситуация повторяет ситуацию, рассмотренную в пункте 2. Электрон нач¬нет двигаться по спирали, осью которой является . В результате электронный пучок фокусируется в точке b.

4. Движение электронов в равномерном электрическом поле. Принцип работы электронного осциллографа.
Электрон, пройдя расстояние от катода К до узкого отверстия в аноде А (рис. 4, а), под действием ускоряющего напря¬жения Uак увеличивает свою кинетическую энергию на величину работы сил по¬ля.
Скорость с которой электрон будет двигаться после выхода в аноде из отверстия 0, найдем из соотношения


При дальнейшем прямолинейном движении по оси х электрон попадает в равномерное электрическое поле, напряженностью Е между отклоняющими пластинами 1 и 2 (находятся в плоскостях, параллельных плоскости zох).
Напряженность Е направлена вдоль оси у. Пока электрон движется между от¬клоняющимися пластинами, на него действует постоянная сила Fy = —qэE. направленная но оси —у. Под действием этой силы электрон движется вниз рав¬ноускоренно, сохраняя постоянную скорость вдоль оси х. В результате в про¬странстве между отклоняющими пластинами электрон движется по параболе. Когда он выйдет из поля пластин 1—2. в плоскости уох он будет двигаться по касательной к пара¬боле. Далее он попадает в поле пластин 3—4 , которые создают развертку во времени. Напряже¬ние U 31 между пластинами 3—4 и напряженность поля между ними E1 линейно нарастают во времени (рис. 4, б). Электрон получает отклонение в направлении оси z, что и даст развертку во времени.
5. Фокусировка пучка электронов постоянным во времени электриче¬ским полем (электрическая линза).

Фокусировка основана на том что, проходя через участок неравномерного электрического поля, электрон отклоняется в сто¬рону эквипотенциали с большим значением потенциала (рис. 5, а). Электриче¬ская линза образована катодом, испускающим электроны, анодом, куда пучок электронов приходит сфокусированным, и фокусирующей диафрагмой, пред¬ставляющей собой пластинку с круглым отверстием в центре (рис. 5, б). Диа¬фрагма имеет отрицательный потенциал по отношению к окружающим ее точ¬кам пространства, вследствие этого эквинотенциали электрического поля как бы выпучиваются через диафрагму по направлению к катоду. Электроны, проходя через отверстие в диафрагме и отклоняясь в сторону, фокусируются на аноде.

6. Движение электрона в равномерных, взаимно перпендикулярных, неизменных во времени магнитном и электрическом полях.

Пусть электрон с зарядом q= —qэ, и массой т с начальной скоростью оказался при t = 0 в начале, координат (рис. 6, а) в магнитном и электрическом полях. Магнитная индукция направлена по оси т. е. Bx=B. Напряжен¬ность электрического поля направлена по оси , т. е. . Дви¬жение электрона будет происходить в плоскости zoy со скоростью .
Уравнение движения или


Следовательно, ;
В соответствии с формулой (2) заменим qэB/m на циклотронную частоту ц. Тогда
(4)
(5)
Продифференцируем (4) по t и в правую часть уравнения подставим (5).
(6)
Решим уравнение классическим методом: vy=vy пр+vy св :


Составим два уравнения для определения постоянных интегрирования.
Так как при t=0 vy=v, то . При t=0 vz=0. Поэтому или . Отсюда и .
Таким образом,
Пути, пройденные электроном по осям у и z:

На рис. 6, б, в, г изображены три характерных случая движения при различных значениях v0. На рис. 6, б трохоида при v0=0, максимальное от¬клонение по оси z равно .
Если v0>0 и направлена по оси +y, то траекторией является растянутая
трохоида (рис. 6, в) с максимальным отклонением .
Если v0<0 и направлена по оси —у, то траекторией будет сжатая трохоида (рис. 6, г) с .
Когда магнитное и электрическое поля мало отличаются от равномерных, траектории движения электронов близки к трохоидам.
Рис 6.б
Рис 6.в

Рис 6.г

7. Движение заряженных частиц в кольцевых ускорителях.
Циклотрон представляет собой две полые камеры в виде полуцилиндров из проводящего неферромагпитного материала. Эти камеры находятся в сильном равномерном маг¬нитном поле индукции , направленном на рис. 7 сверху вниз. Камеры по¬мещают в вакуумированный сосуд (на рисунке не показан) и присоединяют к ис¬точнику напряжения Umcos(t). При t=0, когда напряжение между камерами имеет максимальное значение, а потенциал левой камеры положителен по отношению к правой, в пространство между камерами вводят положительный заряд q. На него будет действовать сила . Заряд начнет двигаться слева направо и с начальной скоростью пойдет и правую камеру. Но внутри камеры напряжен¬ность электрического поля равна нулю. Поэтому, пока он находится там. на не¬го не действует сила , но действует сила , обусловленная магнитным полем. Под действием этой силы положительный заряд, двигающийся со скоростью v, начинает
движение по окружности радиусом . Время, в течение которого он совершит пол-оборота, . Если частоту приложенного между камерами напря¬жения взять равной , то к моменту времени, когда заряд выйдет из правой камеры, он окажется под воздействием электрического поля, на¬правленного справа налево. Под действием этого поля заряд увеличивает свою скорость и входит в левую камеру, где совершает следующий полуоборот. но уже большего радиуса, так как имеет боль¬шую скорость. После k полуоборотов заряженная частица приобретает такую скорость и энергию, ка¬кую она приобрела бы, если в постоянном электриче¬ском поле пролетела бы между электродами, раз¬ность потенциален между которыми kUm. На рис 8. показано движение заряженных частиц в циклотроне.


Рис 8.

Вывод заряда из циклотрона осуществляется с помощью постоянного электрического поля, созда¬ваемого между одной из камер (на рис. 7 пра¬вой) и вспомогательным электродом А. С увеличением скорости она становится соизмеримой со скоростью света, масса частицы т во много раз увеличивается. Возрастает и время t1, прохождения полуоборота. Поэтому одновременно с увеличением скорости частицы необходимо уменьшать либо частоту источника напряжения Umcos(t) (фазотрон), либо величину индукции магнитного поля (синхротрон), либо частоту и индукцию (синхрофазотрон).

Добавлен: 13.01.2012, 13:26 [ Скачать с сервера (172.0Kb) ]
Категория: Физика | Добавил: Lakomka
Просмотров: 963 | Загрузок: 120
Рейтинг: 0.0/0

форма входа

Логин:
Пароль:

объявления

«Алмазная колесница» издана двухтомником, причем оба тома помещаются под одной обложкой.

В первой книге «Ловец стрекоз» читатель следит за двумя героями – Хорошим (железнодорожный чиновник Фандорин) и Плохим (японский супершпион Рыбников). Действуют они втайне друг от друга на фоне русско-японской войны 1905 года и предреволюционной см...
От того, как написан рекламный текст, во многом зависят продажи. Очень часто он только информирует потенциальных покупателей о существовании некоей компании и ее продукта. А нужно, чтобы текст продавал: побуждал к немедленной покупке, вызывал доверие, снимал сомнения в правильности выбора. Для этого существует целый ряд приемов, и изложены они в эт...
Писатель-классик, писатель-загадка, на пике своей карьеры объявивший об уходе из литературы и поселившийся вдали от мирских соблазнов в глухой американской провинции. Единственный роман Сэлинджера, «Над пропастью во ржи» стал переломной вехой в истории мировой литературы. И название романа, и имя его главного героя Холдена Колфилда сделались кодовы...
Это – сказка, рассказанная зимней ночью. Веселое и грустное повествование о вражде и дружбе, магии и смекалке, благородстве и предательстве, любви и ненависти, между которыми один шаг по глубокому снегу. Это – кусочек белорской истории, не попавший в летопись, но воспетый в легендах. А что в ней ложь и что правда – пусть останется на совести автора...

объявления

Резерв расходов на ремонт основных средств

[Экономика и Финансы] - скачать

Учет материалов для строительства

[Экономика и Финансы] - скачать

Основы туризма

[Физкультура и Спорт] - скачать

СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ РОССИИ В XVII В

[История] - скачать

Аналоговые волоконно-оптические системы связи

[Радиоэлектроника] - скачать