برخی از دستگاه های خلاء از حرکت الکترون ها در میدان مغناطیسی استفاده می کنند.

اجازه دهید موردی را در نظر بگیریم که یک الکترون به یک میدان مغناطیسی یکنواخت با سرعت اولیه v0 عمود بر خطوط میدان مغناطیسی پرواز کند. در این حالت، الکترون متحرک توسط نیروی لورنتز F که عمود بر بردار h0 و بردار شدت میدان مغناطیسی H است، وارد می شود. بزرگی نیروی F با عبارت: F = ev0H تعیین می شود.

در v0 = 0، نیروی P برابر با صفر است، یعنی میدان مغناطیسی روی یک الکترون ساکن عمل نمی کند.

نیروی F مسیر حرکت الکترون را به یک قوس دایره ای خم می کند. از آنجایی که نیروی F در زوایای قائمه نسبت به سرعت h0 عمل می کند، هیچ اثری ندارد. انرژی الکترون و سرعت آن در قدر تغییر نمی کند. فقط تغییر جهت سرعت وجود دارد. مشخص است که حرکت یک جسم در یک دایره (چرخش) با سرعت ثابت به دلیل عمل یک نیروی مرکزگرا به سمت مرکز به دست می آید که دقیقاً همان نیروی F است.

جهت چرخش یک الکترون در میدان مغناطیسی مطابق با قانون سمت چپ به راحتی با قوانین زیر تعیین می شود. اگر به جهت خطوط میدان مغناطیسی نگاه کنید، الکترون در جهت عقربه های ساعت حرکت می کند. به عبارت دیگر، چرخش الکترون همزمان با حرکت چرخشی پیچ است که در جهت خطوط مغناطیسی نیرو پیچ می شود.

اجازه دهید شعاع r دایره توصیف شده توسط الکترون را تعیین کنیم. برای این کار از عبارت نیروی مرکزگرا که از مکانیک شناخته می شود استفاده می کنیم: F = mv20/r. اجازه دهید آن را با مقدار نیرو F = ev0H برابر کنیم: mv20/r = ev0H. حالا از این معادله می توانید شعاع r= mv0/(eH) را پیدا کنید.

هر چه سرعت الکترون v0 بیشتر باشد، تمایل بیشتری به حرکت مستقیم به صورت اینرسی دارد و شعاع انحنای مسیر بیشتر خواهد بود. از طرف دیگر، با افزایش H، نیروی F افزایش می یابد، انحنای مسیر افزایش می یابد و شعاع دایره کاهش می یابد.

فرمول مشتق شده برای حرکت ذرات با هر جرم و بار در میدان مغناطیسی معتبر است.

بیایید وابستگی r به m و e را در نظر بگیریم. یک ذره باردار با جرم بزرگتر تمایل به پرواز در یک خط مستقیم با اینرسی دارد و انحنای مسیر کاهش می یابد، یعنی بزرگتر می شود. و هرچه بار e بیشتر باشد، نیروی F بیشتر می شود و مسیر بیشتر خم می شود، یعنی شعاع آن کوچکتر می شود.

پس از خروج از میدان مغناطیسی، الکترون با اینرسی در یک خط مستقیم به پرواز ادامه می دهد. اگر شعاع مسیر کوچک باشد، الکترون می تواند دایره های بسته را در یک میدان مغناطیسی توصیف کند.

بنابراین، میدان مغناطیسی فقط جهت سرعت الکترون را تغییر می دهد، اما مقدار آن را تغییر نمی دهد، یعنی هیچ برهمکنش انرژی بین الکترون و میدان مغناطیسی وجود ندارد. در مقایسه با میدان الکتریکی، تأثیر میدان مغناطیسی روی الکترون ها محدودتر است. به همین دلیل است که از میدان مغناطیسی برای تأثیرگذاری بر الکترون ها بسیار کمتر از میدان الکتریکی استفاده می شود.

حرکت الکترون ها در میدان مغناطیسی

در یک میدان مغناطیسی، الکترون های متحرک توسط نیروی لورنتس که همیشه عمود بر بردار سرعت است، وارد عمل می شوند. بنابراین، الکترون ها در یک قوس دایره ای حرکت می کنند. میدان مغناطیسی فقط جهت حرکت الکترون را تغییر می دهد.

به عنوان مثال، لوله های تصویر تلویزیون از انحراف پرتو مغناطیسی استفاده می کنند و لوله اشعه کاتدی اسیلوسکوپ از انحراف پرتو الکترواستاتیک استفاده می کند.

2) طبقه بندی وسایل الکترونیکی. انتشار الکترونیکی

بر اساس محیطی که الکترون ها در آن حرکت می کنند، عبارتند از:

آ) دستگاه های خلاء الکترونیکی- منبع الکترون های آزاد پدیده انتشار الکترون است.

ب) دستگاه های تخلیه گاز یونی- منبع الکترون های آزاد انتشار الکترون به علاوه یونیزاسیون ضربه ای اتم ها و مولکول ها است

V) دستگاه های نیمه هادی (s/p).الکترون ها تحت تأثیر دلایل مختلف (تغییر دما، روشنایی، فشار) از اتم آزاد می شوند، بنابراین غلظت حامل های بار آزاد می تواند به طور قابل توجهی بیشتر از دستگاه های خلاء و تخلیه گاز باشد و این ابعاد، وزن کوچکتر را تعیین می کند. و هزینه دستگاه های p/p.

مبحث 1.1. فیزیک پدیده ها در نیمه هادی ها.

1. نیمه هادی ها، انواع نیمه هادی ها بر اساس رسانایی.

2. تماس دو نیمه هادی با هدایت ناخالصی متفاوت.

2.1. اتصال مستقیم و معکوس اتصال p-n. خواص اساسی

2.2. مشخصات جریان-ولتاژ اتصال p-n. انواع خرابی.

2.3. تأثیر دما بر اتصال p-n.

3. تماس بین نیمه هادی و فلز. سد شاتکی

1. نیمه هادی ها - اینها موادی هستند که در آنها هدایت الکتریکی به طور قابل توجهی به دمای روشنایی، فشار و ناخالصی ها بستگی دارد.

به عنوان مثال، با افزایش دما به میزان 1 درجه سانتیگراد، مقاومت یک فلز 0.4٪ افزایش می یابد و مقاومت یک نیمه هادی 4-8٪ کاهش می یابد.

نمونه هایی از نیمه هادی ها: ژرمانیوم(GE)، سیلیکون(Si)، مواد مبتنی بر هند, آرسنید گالیوم.

انواع نیمه هادی ها بر اساس رسانایی:

الف) رسانایی ذاتی؛

ب) هدایت ناخالصی؛

الف) رسانایی ذاتینشان دهنده حرکت الکترون ها و حفره های آزاد است که تعداد آنها یکسان است و به طور قابل توجهی به دمای روشنایی و فشار بستگی دارد.

رسانایی ذاتی را می توان در یک نیمه هادی خالص و بدون ناخالصی مشاهده کرد.

مرسوم است که نیمه هادی خالصی را که فقط رسانایی خاص خود را دارد می نامند نیمه هادی من - تایپ کنید.

ب) رسانایی ناخالصی

دو نوع هدایت ناخالصی وجود دارد:

- هدایت ناخالصی الکترونیکی با افزودن ناخالصی هایی با ظرفیت یک واحد بزرگتر از ظرفیت نیمه هادی به دست می آید. در این صورت 4 الکترون ظرفیت هر اتم ناخالصی در تشکیل پیوند شرکت می کنند و پنجمی به راحتی بدون ایجاد حفره آزاد می شود. بنابراین، الکترون های آزاد در چنین نیمه هادی ها غالب هستند.

نیمه هادی هایی که در آنها الکترون های آزاد غالب هستند نامیده می شوند نیمه هادی ها نوع n.

به عنوان مثال، جنرال الکتریک (ژرمانیوم) + به عنوان (آرسنیک) - نیمه هادی نوع n.

- هدایت ناخالصی سوراخ با افزودن ناخالصی هایی با ظرفیت یک ظرفیت کمتر از ظرفیت نیمه هادی به دست می آید. در این حالت، هر اتم ناخالصی فاقد یک الکترون برای تکمیل پیوند با اتم‌های نیمه‌رسانا است؛ بنابراین، تعداد حفره‌های نیمه‌رسانا غالب است.

نیمه هادی هایی که در آنها حفره ها غالب است نامیده می شوند نیمه هادی ها نوع p .

به عنوان مثال، Ge + In (ایندیوم) یک نیمه هادی است نوع p.

2. تماس دو نیمه هادی با رسانایی ناخالصی متفاوت "n و p" - نوع اتصال "p-n" نامیده می شود.

در نقطه تماس همیشه یک میدان انتقال الکتریکی (E per) وجود دارد که از ناحیه "n" به منطقه "p" هدایت می شود.

شکل 2 - پارامترهای اتصال p-n

d - ضخامت محل اتصال "p-n".

U к – ولتاژ تماس

مثال: Ge d= (10 -6 ÷ 10 -8) m و U k = (0.2 تا 0.3) V.

با افزایش غلظت ناخالصی، d- کاهش می یابد و Uk افزایش می یابد.

2.1. دو روش برای روشن کردن اتصال pn:

من.اتصال مستقیم اتصال p-nدر منطقه p به علاوه، در منطقه n منهایاز منبع، بنابراین، در منبع E< E пер прямой ток I пр =0 (на рисунке 6 отрезок ОД), при E ист >E Lane یک جریان رو به جلو I pr ایجاد می کند که به طور قابل توجهی به ولتاژ بستگی دارد، شکل 3 و شکل 4 را ببینید.

وابستگی I به U نامیده می شود مشخصه جریان-ولتاژ (مشخصه ولت آمپر).

مشخصه جریان-ولتاژ اتصال p-n با اتصال مستقیم در شکل 4 نشان داده شده است.

هنگامی که مستقیما روشن می شود، جریان توسط حامل های شارژ اصلی ایجاد می شود - رسانایی ناخالصی.

II.سوئیچینگ معکوس اتصال p-nدر شکل 5 نشان داده شده است.

به منطقه p منهای، به منطقه n به علاوهاز منبع، بنابراین، میدان الکتریکی منبع (منبع E) در امتداد میدان انتقال هدایت می شود و آن را تقویت می کند، بنابراین حامل های بار اصلی در ایجاد جریان شرکت نمی کنند.

جریان معکوس I arr توسط حامل های شارژ اقلیتی ایجاد می شود که تعداد آنها کم است، بنابراین جریان معکوس I arr کمتر از I r است.

من برگردم<< I пр (в 1000 раз) – основное свойство p-n перехода.

وقتی دوباره روشن می شود، جریان تقریباً مستقل از ولتاژ است، مشخصه I-V را در شکل 6 ببینید.

با یک ولتاژ معکوس به اندازه کافی بزرگ (Urev max)، شکست اتصال "p-n" رخ می دهد - این یک پدیده است. افزایش قابل توجه جریان (ده ها و صدها بار).

دو نوع خرابی وجود دارد:

- خرابی الکتریکی، فقط هنگام روشن شدن مجدد ، در ولتاژ Uob max مشاهده می شود ، در حالی که تحت تأثیر میدان الکتریکی منبع ، یونیزاسیون ضربه ای اتم ها رخ می دهد ، بنابراین جفت ها تشکیل می شوند: الکترون آزاد - سوراخکه تعدادشان مثل بهمن در حال افزایش است.

خرابی های الکتریکی زمانی رخ می دهد که جریان معکوس کمتر یا مساوی با جریان انتقال مجاز است (Iper ≤ I add)بنابراین، خرابی الکتریکی در نظر گرفته می شود برگشت پذیر ، این بدان معنی است که وقتی ولتاژ p-n حذف می شود، اتصال خواص خود را بازیابی می کند. خرابی الکتریکی در شکل 6 بخش AB است

- شکست حرارتیدر هنگام سوئیچینگ مستقیم یا معکوس، زمانی که جریان از مقادیر مجاز I add بیشتر شود، رخ می دهد. انتقال، در همان زمان دما افزایش می یابد، بنابراین، من افزایش می یابد، بنابراین، دما به طور قابل توجهی افزایش می یابد و غیره. در نتیجه، اتصال p-n از بین می رود، بنابراین شکست حرارتی نامیده می شود غیر قابل برگشت. شکست حرارتی در شکل 6 بخش BG است.

2.3. با افزایش دما، جریان معکوس به طور محسوسی افزایش می یابد، زیرا این رسانایی ذاتی p/p است و جریان رو به جلو تقریباً بدون تغییر باقی می ماند. به عنوان مثال، هنگامی که دما 10 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، جریان معکوس 2 ÷ 2.5 برابر افزایش می یابد.

این بدان معناست که دمایی tcr وجود دارد که در آن جریان معکوس با جریان رو به جلو قابل مقایسه می شود، یعنی. شکست حرارتی رخ می دهد. این دمای tcr، که از آن رسانایی ذاتی با هدایت ناخالصی قابل مقایسه است، نامیده می شود. دمای بحرانی یا انحطاط .

اگرچه tcr به غلظت حامل های ناخالصی بستگی دارد، پارامتر تعیین کننده برای آن شکاف باند انرژی است. هرچه شکاف باند بیشتر باشد، tcr بزرگتر است.

بنابراین، اگر برای سیلیکون tcr ≈ 330 ˚С، برای ژرمانیوم دمای بحرانی کمتر خواهد بود (~ 100 ˚С).

همچنین دمای پایین تری وجود دارد که بر رسانایی یک نیمه هادی تأثیر می گذارد - این دمایی که در آن ناخالصی شروع به نشان دادن هدایت خود می کند، تدبیر دمای فعال سازی نامیده می شود.

برای تمام نیمه هادی ها، دمای فعال سازی یکسان است: t act = -100 0 C.

بنابراین، برای تمام دستگاه های نیمه هادی محدودیت دمای عملیاتی وجود دارد.

به عنوان مثال: Ge → t Slave = – 60 تا +75 0 C;

Si → t Slave = -60 تا +150 0 C.

3. 2 نوع تماس نیمه هادی و فلزی وجود دارد:

- صاف کردن– این کنتاکت شبیه به یک اتصال p-n است، اما با افت ولتاژ کمتر و راندمان بالاتر. تماس یکسو کننده اولین بار توسط یک دانشمند آلمانی در سال 1937 توسط W. Schottky توصیف شد، بنابراین تماس یکسو کننده را مانع شاتکی می نامند و اساس دیود شاتکی، ترانزیستور شاتکی است.

- غیر اصلاحی –هنگام اتصال مستقیم یا معکوس، جریان را به طور مساوی هدایت می کند. برای ایجاد سرب های فلزی و دستگاه های نیمه هادی استفاده می شود.

مبحث شماره 2. دستگاه های نیمه هادی

1. طبقه بندی دستگاه های نیمه هادی.

2. دیودهای نیمه هادی: دیود زنر، واریکاپ، دیود نوری، دیود تونل.

2.1. دستگاه، اصل سوئیچینگ، عملیات، ویژگی اصلی، UGO، برنامه.

3. ترانزیستور دوقطبی;

3.1. انواع، دستگاه، اصل گنجاندن، بهره برداری، ویژگی اصلی، UGO، کاربرد.

3.2. سه طرح سوئیچینگ.

3.3. پارامترها و ویژگی های اصلی؛

3.4. علامت گذاری؛

4. ترانزیستورهای اثر میدانی.

4.1. انواع، دستگاه، اصل گنجاندن، بهره برداری، ویژگی اصلی، UGO، کاربرد.

5. ترانزیستورهای Unijunction.

امنیت ملی عبارت است از وضعیت حفاظت از منافع حیاتی فرد، جامعه و دولت در برابر تهدیدات داخلی و خارجی، توانایی دولت برای حفظ حاکمیت و تمامیت ارضی خود و عمل به عنوان موضوع حقوق بین الملل.

امنیت ملی و سیاست نظامی دولت

ایمنی به معنای عدم وجود خطر (یا محافظت از آن) است. امنیت داخلیمربوط به خطراتی است که از درون جامعه یا دولت را تحت تأثیر قرار می دهد. امنیت خارجیبا عدم وجود (یا اقدامات پیشبردی در برابر) حمله خارجی تعیین می شود.

بسته به عواقب احتمالی از یک سو و هزینه های مالی فعال از سوی دیگر، اقدامات پیشبردی در برابر حملات خارجی اکنون از نقطه نظر امنیت سیاسی اهمیت بیشتری پیدا می کند. نیاز به جلوگیری از اقدامات فعال، به ویژه اقدامات تهدید کننده یا استفاده از نیروی نظامی و به خطر انداختن توسعه مستقل جامعه یا موجودیت دولت و شهروندان آن وجود دارد.

با توسعه جامعه بشری، ارتباطات بین مردم پیچیده تر شد. ماهیت عمدتاً ارضی اقتصاد، تلقی سنتی از زمین مناسب برای توسعه اقتصادی را به عنوان ارزش اصلی که برای تصاحب آن مبارزه به راه انداخته بود، از پیش تعیین کرد. اختلافات و درگیری های بین دولت ها برای هزاران سال به جنگ تبدیل شده است. قبل از انقلاب صنعتی، قدرت نظامی یک دولت یا گروه قومی فقط تقریباً با سطح توسعه اقتصادی-اجتماعی مطابقت داشت و یک مقوله مستقل به حساب می آمد. تصادفی نیست که قبایل "بربر" بیش از یک بار دولت های متمدن را ویران کردند و عشایر مردمان ساکن را نابود کردند.

ابزارهایی که در خدمت امنیت خارجی هستند در درجه اول ماهیت نظامی دارند. حتی در پایان قرن بیستم، نیروهای نظامی و تسلیحات اهمیت خود را به عنوان ابزار رسمی امنیت خارجی از دست ندادند. به عنوان بخشی از روند تنش زدایی بین غرب و شرق که در سال های اخیر در جریان بوده است، هیچ کشوری حاضر به کنار گذاشتن آمادگی های نظامی به عنوان مبنای امنیت خارجی نبوده است. در مقابل، «توانایی دفاعی تضمین شده و برابری نیروهای مسلح» و «سیستم بازدارندگی متقابل» رسماً به عنوان «پایه آمادگی برای تنش زدایی» و پیش نیاز «صلح» استفاده می شود.

مفاهیم امنیت فرد، جامعه و دولت در همه چیز منطبق نیست. امنیت شخصی به معنای احقاق حقوق و آزادی های مسلم آن است. امنیت برای جامعه، حفظ و افزایش ارزشهای مادی و معنوی آن است.

امنیت ملی در رابطه با یک دولت مستلزم ثبات داخلی، قابلیت دفاعی قابل اعتماد، حاکمیت، استقلال و تمامیت ارضی است.

در شرایط مدرن، زمانی که خطر جنگ هسته ای وجود دارد، امنیت ملی بخشی جدایی ناپذیر از امنیت جهانی است. امنیت جهانی تا به امروز هنوز عمدتاً مبتنی بر اصول "بازدارندگی از طریق بازدارندگی" از رویارویی بین قدرت‌های هسته‌ای است. امنیت واقعی جهانی را نمی توان با تجاوز به منافع هیچ کشوری تضمین کرد، تنها بر اساس اصول مشارکت و همکاری می توان به آن دست یافت. نقطه عطف در شکل گیری سیستم جدید امنیت جهانی، به رسمیت شناختن عدم امکان پیروزی و بقا در یک جنگ هسته ای توسط جامعه جهانی بود.

ادبیات

1. مقدمه ای بر علوم سیاسی / Gadzhiev K.S.، Kamenskaya G.N.، Rodionov A.N. و دیگران - م.، 1994.
2. گادجیف K.S. علوم سیاسی: راهنمای معلمان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی و دانشجویان علوم انسانی. - م.، 1994.
3. Danilenko V.I. فرهنگ لغت علوم سیاسی مدرن - M., 2000.
4. کراسنوف بی.آی. مبانی علوم سیاسی. - م.، 1994.
5. مبانی علوم سیاسی: کتاب درسی مؤسسات آموزش عالی / ویرایش. V.P. پوگاچوا ساعت 2 - م. 1994.
6. پانارین A.S.، Vasilenko I.A. علوم سیاسی. دوره عمومی. - م.، 2003.
7. علوم سیاسی: یادداشت های سخنرانی / ویرایش. ویرایش یو.ک. کراسنوف - م.، 1994.

2.1. حرکت الکترون در میدان الکتریکیدر تمام وسایل الکترونیکی، جریان الکترون در معرض میدان الکتریکی قرار می گیرد. برهمکنش الکترون های متحرک با میدان الکتریکی فرآیند اصلی در دستگاه های الکترونیکی است.

شکل 8a میدان الکتریکی بین دو الکترود مسطح را نشان می دهد. آنها می توانند کاتد و آند یک دیود خلاء یا هر دو الکترود مجاور یک دستگاه چند الکترودی باشند.

بیایید تصور کنیم که یک الکترون از الکترودی که پتانسیل کمتری دارد، مثلاً از یک کاتد، با سرعت اولیه مشخصی V 0 به بیرون پرواز کند.

حرکت الکترون در میدان ترمز

اجازه دهید سرعت اولیه الکترون v0 در جهت مخالف نیروی F باشد که از میدان به الکترون وارد می شود.

الکترون با سرعت اولیه مشخصی از الکترود با پتانسیل بالاتر به بیرون پرواز می کند. از آنجایی که نیروی F به سمت سرعت v0 هدایت می شود، الکترون کند می شود و به همان اندازه آهسته حرکت می کند. میدان در این مورد ترمز نامیده می شود. انرژی الکترون ها در میدان ترمز کاهش می یابد، زیرا کار توسط میدان انجام نمی شود، بلکه توسط خود الکترون انجام می شود که بر مقاومت نیروهای میدان غلبه می کند. بنابراین، در میدان ترمز، یک الکترون به میدان انرژی می دهد.

اگر انرژی اولیه یک الکترون eU0 باشد و از اختلاف پتانسیل U در میدان کندکننده عبور کند، انرژی آن به میزان eU کاهش می یابد. هنگامی که، الکترون تمام فاصله بین الکترودها را طی می کند و به الکترودی با پتانسیل کمتر برخورد می کند. بنابراین، اگر الکترون از اختلاف پتانسیل U0 عبور کند، تمام انرژی خود را از دست می دهد، سرعت آن صفر می شود و شروع به شتاب گرفتن به عقب می کند. بنابراین، الکترون حرکتی شبیه به پرواز جسمی که به صورت عمودی به سمت بالا پرتاب می شود، انجام می دهد.

حرکت یک الکترون در یک میدان عرضی یکنواخت

اگر یک الکترون با سرعت اولیه v0 در زوایای قائم به جهت خطوط میدان به بیرون پرواز کند، میدان عمل می کند.

روی الکترونی با نیروی F به سمت پتانسیل بالاتر. در غیاب نیروی F، الکترون با اینرسی با سرعت v0 حرکت مستقیم یکنواخت انجام می دهد. و تحت تأثیر نیروی F، الکترون باید به طور یکنواخت در جهتی عمود بر v0 حرکت کند. حرکت حاصل در امتداد یک سهمی رخ می دهد. الکترون به سمت الکترود مثبت منحرف می شود. اگر الکترون میدان را ترک کند، همانطور که در شکل نشان داده شده است، آنگاه با اینرسی به حرکت مستطیل و یکنواخت ادامه خواهد داد. این شبیه حرکت جسمی است که با سرعت اولیه مشخصی در جهت افقی پرتاب می شود. تحت تأثیر گرانش، چنین جسمی در غیاب هوا در امتداد یک مسیر سهموی حرکت می کند.

میدان الکتریکی همیشه انرژی و سرعت الکترون را در یک جهت یا جهت دیگر تغییر می دهد. بنابراین، همیشه یک برهمکنش پرانرژی بین الکترون و میدان الکتریکی وجود دارد، یعنی تبادل انرژی. سرعت الکترون هنگام برخورد با الکترود فقط با سرعت اولیه و اختلاف پتانسیل عبور شده بین نقاط انتهایی مسیر تعیین می شود.

حرکت الکترون ها در یک میدان مغناطیسی یکنواخت

اجازه دهید حرکت یک الکترون را در یک میدان مغناطیسی یکنواخت در نظر بگیریم. هنگامی که ناهمگنی میدان ناچیز است یا نیازی به بدست آوردن نتایج کمی دقیق نیست، می توانید از قوانین تعیین شده برای حرکت یک الکترون در یک میدان یکنواخت استفاده کنید.

اجازه دهید یک الکترون به یک میدان مغناطیسی یکنواخت با سرعت اولیه v0 عمود بر خطوط میدان مغناطیسی پرواز کند (شکل در این مورد، الکترون متحرک توسط نیروی لورنتز F، که عمود بر بردار v0 و مغناطیسی است، وارد می شود. بردار القایی B:

همانطور که مشاهده می شود، در v0 = 0 نیروی F صفر است، یعنی میدان مغناطیسی روی یک الکترون ساکن عمل نمی کند.

نیروی F مسیر حرکت الکترون را به یک قوس دایره ای خم می کند. از آنجایی که نیروی F در زوایای قائم نسبت به سرعت v0 عمل می کند، هیچ اثری ندارد. انرژی الکترون و سرعت آن تغییر نمی کند، بلکه فقط جهت سرعت تغییر می کند. مشخص است که حرکت یک جسم در یک دایره (چرخش) با سرعت ثابت به دلیل عمل نیرویی که به سمت مرکز (مرکزی) یعنی نیروی F رخ می دهد.

تعیین جهت حرکت الکترون در میدان مغناطیسی با استفاده از قوانین زیر راحت است. اگر در جهت خطوط نیروی مغناطیسی نگاه کنید، الکترون در جهت عقربه های ساعت حرکت می کند. یا به عبارت دیگر: چرخش الکترون همزمان با حرکت چرخشی پیچ است که در جهت خطوط مغناطیسی نیرو پیچ می شود.

اجازه دهید شعاع r دایره توصیف شده توسط الکترون را تعیین کنیم. برای این کار از عبارت نیروی مرکزگرا که از مکانیک شناخته می شود استفاده می کنیم.

و طبق فرمول (14) آن را با مقدار نیروی F برابر کنید:

حالا از این معادله می توانید شعاع را پیدا کنید:

هر چه سرعت الکترون v0 بیشتر باشد، با شدت بیشتری به حرکت مستطیلی بر اساس اینرسی تمایل پیدا می کند و شعاع مسیر بزرگتر می شود. با افزایش B، نیروی F افزایش می یابد، انحنای مسیر افزایش می یابد و شعاع کاهش می یابد.

فرمول مشتق شده برای ذرات با هر جرم و بار معتبر است.

هر چه جرم بیشتر باشد، ذره به اینرسی در یک خط مستقیم قوی تر می شود، یعنی شعاع r بزرگتر می شود. و هرچه بار بزرگتر باشد، نیروی F بیشتر می شود و مسیر بیشتر خم می شود، یعنی شعاع آن کوچکتر می شود. پس از خروج از میدان مغناطیسی، الکترون با اینرسی به پرواز در یک خط مستقیم ادامه می دهد. اگر شعاع مسیر کوچک باشد، الکترون می تواند دایره های بسته را در یک میدان مغناطیسی توصیف کند.

بیایید یک مورد کلی تر را در نظر بگیریم، زمانی که یک الکترون در هر زاویه ای به میدان مغناطیسی پرواز می کند. اجازه دهید یک صفحه مختصات را طوری انتخاب کنیم که بردار سرعت الکترون اولیه v0 در این صفحه قرار گیرد و به طوری که محور x در جهت با بردار B منطبق باشد.

اجازه دهید v0 را به اجزا و. حرکت الکترون با سرعت. معادل جریان در طول خطوط برق است. اما چنین جریانی تحت تأثیر میدان مغناطیسی یعنی سرعت قرار نمی گیرد. هیچ تغییری را تجربه نمی کند. اگر الکترون فقط این سرعت را داشت، آنگاه به صورت مستقیم و یکنواخت حرکت می کرد. و تأثیر میدان بر سرعت مانند حالت اصلی در شکل است. الکترون فقط با داشتن سرعت در یک صفحه عمود بر خطوط مغناطیسی نیرو در یک دایره حرکت می کند.

حرکت حاصل از الکترون در امتداد یک خط مارپیچ (که اغلب "مارپیچ" نامیده می شود) رخ می دهد. بسته به مقادیر B، این مسیر مارپیچ کم و بیش کشیده می شود. شعاع آن را می توان به راحتی با استفاده از فرمول (16) تعیین کرد و سرعت را جایگزین آن کرد.

برای حل این مشکل از سیستم مختصات مستطیلی نیز استفاده خواهیم کرد. بیایید محور y را به سمت بردار القای مغناطیسی B و محور x را طوری هدایت کنیم که بردار سرعت الکترون v0 که در نقطه مبدا در زمان t = 0 قرار دارد در صفحه XOY قرار گیرد. آن ها ما اجزای vxo و vyo را داریم

در غیاب میدان الکتریکی، سیستم معادلات حرکت الکترون به شکل زیر است:

یا با در نظر گرفتن شرایط Bx = Bz = 0 و By = - B:

حرکت الکترون در میدان مغناطیسی یکنواخت

ادغام معادله دوم سیستم با در نظر گرفتن شرایط اولیه: در t=0، vy =vyo منجر به رابطه:

آن ها نشان می دهد که میدان مغناطیسی بر مؤلفه سرعت الکترون در جهت خطوط میدان تأثیر نمی گذارد.

یک راه حل مشترک از معادلات اول و سوم سیستم، که شامل متمایز کردن اولین با توجه به زمان و جایگزینی مقدار dvz / dt از سوم است، منجر به معادله ای می شود که سرعت الکترون vx را به زمان مرتبط می کند:

حل معادلات از این نوع را می توان به صورت زیر نشان داد:

علاوه بر این، از شرایط اولیه در t=0، v x=vx0، dvx/dt=0 (که از معادله اول سیستم برمی‌آید، زیرا vz0 = 0) نتیجه می‌شود که

علاوه بر این، تمایز این معادله با در نظر گرفتن معادله اول سیستم منجر به این بیان می شود:

توجه داشته باشید که مربع کردن و جمع کردن دو معادله آخر عبارت زیر را به دست می دهد:

که یک بار دیگر تایید می کند که میدان مغناطیسی مقدار کل سرعت (انرژی) الکترون را تغییر نمی دهد.

در نتیجه ادغام معادله ای که آن را vx تعریف می کند، به دست می آوریم:

ثابت ادغام مطابق با شرایط اولیه برابر با صفر است.

ادغام معادله ای که سرعت vz را تعیین می کند، با در نظر گرفتن این واقعیت که در z = 0، t = 0، به ما امکان می دهد وابستگی زمانی مختصات z الکترون را پیدا کنیم:

حل دو معادله آخر برای و، مربع کردن و جمع کردن، پس از تبدیل های ساده، معادله ای را برای طرح ریزی مسیر الکترون در صفحه XOZ به دست می آوریم:

این معادله یک دایره با شعاع است که مرکز آن روی محور z در فاصله r از مبدا قرار دارد (شکل 2.2). مسیر الکترون خود یک مارپیچ استوانه ای شعاع با یک پله است. از معادلات به دست آمده نیز واضح است که کمیت نشان دهنده فرکانس دایره ای الکترون است که در طول این مسیر حرکت می کند.

حرکت الکترون های آزاد در اکثر وسایل الکترونیکی با استفاده از میدان های الکتریکی یا مغناطیسی کنترل می شود. ماهیت این پدیده ها چیست؟

الکترون در میدان الکتریکی. برهمکنش الکترون های متحرک با میدان الکتریکی فرآیند اصلی است که در اکثر دستگاه های الکترونیکی اتفاق می افتد.

ساده ترین حالت حرکت یک الکترون در یک میدان الکتریکی یکنواخت است، یعنی. در میدانی که قدرت آن در هر نقطه یکسان است، هم از نظر قدر و هم جهت. شکل یک میدان الکتریکی یکنواخت را نشان می دهد که بین دو صفحه موازی به اندازه کافی ایجاد شده است تا انحنای میدان در لبه ها نادیده گرفته شود. روی یک الکترون، و همچنین در هر باری که در یک میدان الکتریکی با ولتاژ قرار می گیرد E،نیرویی برابر با حاصل ضرب قدر بار و شدت میدان در محل بار وجود دارد.

F = -eE. 1.11

علامت منفی نشان می دهد که به دلیل بار منفی الکترون، نیرو دارای جهتی مخالف جهت بردار شدت میدان الکتریکی است. تحت زور اف الکترون به سمت میدان الکتریکی حرکت می کند، یعنی. به سمت نقاطی با پتانسیل بالاتر حرکت می کند. بنابراین، میدان در این مورد شتاب می گیرد.

کاری که میدان الکتریکی برای جابجایی بار از یک نقطه به نقطه دیگر صرف می‌کند برابر است با حاصلضرب مقدار بار و اختلاف پتانسیل بین این نقاط، یعنی. برای الکترون

جایی که U - اختلاف پتانسیل بین نقاط 1 و 2. این کار صرف انتقال انرژی جنبشی به الکترون می شود.

جایی که Vو V 0 - سرعت الکترون در نقاط 2 و 1. با معادل سازی برابری های (1.12) و (1.13)، به دست می آوریم.

اگر سرعت اولیه الکترون V 0 = 0, که

از اینجا می توانیم سرعت یک الکترون را در میدان الکتریکی با اختلاف پتانسیل تعیین کنیم U :

بدین ترتیب، سرعت به دست آمده توسط یک الکترون هنگام حرکت در یک میدان شتابدار فقط به اختلاف پتانسیل عبوری بستگی دارد.از فرمول (1.17) واضح است که سرعت های الکترون، حتی با اختلاف پتانسیل نسبتاً کوچک، قابل توجه است. مثلاً وقتی U = 100 در ما دریافت می کنیم V = 6000 کیلومتر بر ثانیه با چنین سرعت بالایی از الکترون ها، تمام فرآیندهای دستگاه های مرتبط با حرکت الکترون ها بسیار سریع انجام می شود. به عنوان مثال، زمان لازم برای حرکت الکترون ها بین الکترودها در یک لوله خلاء کسری از میکروثانیه است. به همین دلیل است که عملکرد اکثر دستگاه های الکترونیکی را می توان عملاً بدون اینرسی در نظر گرفت.

حال اجازه دهید حرکت الکترونی را که سرعت اولیه آن برابر است را در نظر بگیریم V oعلیه زور هدایت می شود اف , اثر بر روی الکترون از میدان (شکل 1.8، ب). در این حالت میدان الکتریکی برای الکترون بازدارنده است. سرعت الکترون و انرژی جنبشی آن در میدان ترمز کاهش می یابد، زیرا در این حالت کار توسط نیروهای میدان انجام نمی شود، بلکه توسط خود الکترون انجام می شود که به دلیل انرژی خود، بر مقاومت نیروهای میدان غلبه می کند. انرژی از دست رفته توسط الکترون به میدان می رود. در واقع، از آنجایی که حرکت یک الکترون در یک میدان کندکننده به معنای حرکت آن در جهت قطب منفی منبع میدان است، پس با نزدیک شدن الکترون به قطب دوم، بار منفی کل افزایش می‌یابد و انرژی میدان بر این اساس افزایش می‌یابد. در لحظه ای که الکترون به طور کامل از انرژی جنبشی خود استفاده می کند، سرعت آن برابر با صفر خواهد بود و سپس الکترون شروع به حرکت در جهت مخالف می کند. حرکت آن در جهت مخالف چیزی نیست جز حرکتی که در بالا بدون سرعت اولیه در یک میدان شتاب دهنده مورد بحث قرار گرفت. با چنین حرکتی الکترون، میدان انرژی را که در حین حرکت آهسته از دست داده است، به آن باز می گرداند.

در مواردی که در بالا مورد بحث قرار گرفت، جهت سرعت الکترون موازی با جهت خطوط میدان الکتریکی بود. این میدان الکتریکی نامیده می شود طولیمیدانی که عمود بر بردار سرعت اولیه الکترون است نامیده می شود عرضی

بیایید گزینه ای را در نظر بگیریم که یک الکترون با سرعت اولیه مشخصی به یک میدان الکتریکی پرواز کند V o و در زوایای قائم به جهت خطوط برق (شکل 1.8، V). میدان با نیروی ثابتی که با فرمول (1.11) تعیین می‌شود و به سمت پتانسیل مثبت بالاتر هدایت می‌شود، روی الکترون عمل می‌کند. تحت تأثیر این نیرو، الکترون سرعت می گیرد V 1، به سمت میدان هدایت می شود. در نتیجه، الکترون به طور همزمان دو حرکت متقابل عمود بر هم انجام می دهد: یکنواخت، یکنواخت در اینرسی با سرعت. V 0 و مستقیم

با سرعت یکنواخت شتاب می گیرد V 1 . تحت تأثیر این دو سرعت متقابل عمود بر هم، الکترون در امتداد مسیری حرکت می کند که سهمی است. پس از خروج از میدان الکتریکی، الکترون با اینرسی در یک خط مستقیم حرکت می کند.

الکترون در میدان مغناطیسیتأثیر میدان مغناطیسی بر یک الکترون متحرک را می‌توان به‌عنوان اثر این میدان مانند رسانایی با جریان در نظر گرفت. حرکت یک الکترون با بار هو سرعت V معادل جریان من ، از یک بخش ابتدایی رسانای طول می گذرد Δ ل .

طبق قوانین اساسی الکترومغناطیس، نیرویی که در میدان مغناطیسی روی سیمی با طول وارد می شود Δ ل با جریان من مساوی با

اف= بیΔ lsinα . (1.20)

جایی که که در-القای مغناطیسی؛ α – زاویه بین جهت جریان و خط میدان مغناطیسی.

با استفاده از رابطه (1.18)، یک عبارت جدید به دست می آوریم که نیروی تأثیر میدان مغناطیسی را بر الکترونی در حال حرکت در آن مشخص می کند.

اف= BeV sina . (1.21)

از این عبارت مشخص می شود که الکترونی که در امتداد خطوط میدان مغناطیسی حرکت می کند (α = 0) هیچ تاثیری از میدان را تجربه نمی کند. اف= BeVsin 0=0) و با سرعت داده شده به حرکت خود ادامه می دهد.

اگر بردار سرعت اولیه الکترون بر بردار القای مغناطیسی عمود باشد، یعنی. α = 90، سپس نیروی وارد بر الکترون است

اف= BeV.(1.22)

جهت این نیرو با قانون سمت چپ تعیین می شود. زور اف همیشه بر جهت سرعت لحظه ای عمود است V الکترون و جهت خطوط میدان مغناطیسی طبق قانون دوم نیوتن، این نیرو به الکترون با جرم وارد می شود m eشتاب برابر با . از آنجایی که شتاب عمود بر سرعت است V ، سپس الکترون تحت تأثیر این شتاب معمولی (مرکزی) در دایره ای قرار می گیرد که در صفحه ای عمود بر خط میدان قرار دارد.

به طور کلی، سرعت اولیه الکترون ممکن است عمود بر القای مغناطیسی نباشد. در این حالت، مسیر حرکت الکترون توسط دو جزء از سرعت اولیه تعیین می شود :

طبیعی V 1 و مماس V 2 که اولی عمود بر خطوط میدان مغناطیسی و دومی موازی آنها است. تحت تأثیر مولفه نرمال، الکترون به صورت دایره ای حرکت می کند و تحت تأثیر مولفه مماس، در امتداد خطوط میدان در شکل 1 حرکت می کند. 1.9.

در نتیجه عمل همزمان هر دو جزء، مسیر حرکت الکترون به شکل مارپیچ در می آید. امکان در نظر گرفته شده تغییر مسیر یک الکترون با استفاده از میدان مغناطیسی برای تمرکز و کنترل جریان الکترون در لوله های پرتو کاتدی و سایر دستگاه ها استفاده می شود.