Unele dispozitive de vid folosesc mișcarea electronilor într-un câmp magnetic.

Să luăm în considerare cazul când un electron zboară într-un câmp magnetic uniform cu o viteză inițială v0 direcționată perpendicular pe liniile câmpului magnetic. În acest caz, electronul în mișcare este acționat de așa-numita forță F Lorentz, care este perpendiculară pe vectorul h0 și pe vectorul intensității câmpului magnetic H. Mărimea forței F este determinată de expresia: F = ev0H.

La v0 = 0, forța P este egală cu zero, adică câmpul magnetic nu acționează asupra unui electron staționar.

Forța F îndoaie traiectoria electronului într-un arc circular. Deoarece forța F acționează în unghi drept față de viteza h0, nu funcționează. Energia electronului și viteza acestuia nu se modifică în mărime. Există doar o schimbare în direcția vitezei. Se știe că mișcarea unui corp în cerc (rotație) cu viteză constantă se obține datorită acțiunii unei forțe centripete îndreptate spre centru, care este tocmai forța F.

Direcția de rotație a unui electron într-un câmp magnetic în conformitate cu regula stângii este determinată în mod convenabil de următoarele reguli. Dacă priviți în direcția liniilor câmpului magnetic, electronul se mișcă în sensul acelor de ceasornic. Cu alte cuvinte, rotația electronului coincide cu mișcarea de rotație a șurubului, care este înșurubat în direcția liniilor magnetice de forță.

Să determinăm raza r a cercului descris de electron. Pentru aceasta, vom folosi expresia pentru forța centripetă, cunoscută din mecanică: F = mv20/r. Să o echivalăm cu valoarea forței F = ev0H: mv20/r = ev0H. Acum din această ecuație puteți găsi raza: r= mv0/(eH).

Cu cât viteza electronului v0 este mai mare, cu atât acesta tinde să se miște rectiliniu prin inerție și raza de curbură a traiectoriei va fi mai mare. Pe de altă parte, pe măsură ce H crește, forța F crește, curbura traiectoriei crește și raza cercului scade.

Formula derivată este valabilă pentru mișcarea particulelor cu orice masă și sarcină într-un câmp magnetic.

Să considerăm dependența lui r de m și e. O particulă încărcată cu o masă mai mare tinde să zboare în linie dreaptă prin inerție și curbura traiectoriei va scădea, adică va deveni mai mare. Și cu cât este mai mare sarcina e, cu atât este mai mare forța F și cu atât traiectoria se îndoaie mai mult, adică raza ei devine mai mică.

După ce a părăsit câmpul magnetic, electronul continuă să zboare prin inerție în linie dreaptă. Dacă raza traiectoriei este mică, atunci electronul poate descrie cercuri închise într-un câmp magnetic.

Astfel, câmpul magnetic schimbă doar direcția vitezei electronului, dar nu și mărimea acesteia, adică nu există nicio interacțiune energetică între electron și câmpul magnetic. Comparativ cu un câmp electric, efectul unui câmp magnetic asupra electronilor este mai limitat. De aceea, un câmp magnetic este folosit pentru a influența electronii mult mai puțin frecvent decât un câmp electric.

Mișcarea electronilor într-un câmp magnetic.

Într-un câmp magnetic, electronii în mișcare sunt acționați de forța Lorentz, întotdeauna direcționată perpendicular pe vectorul viteză. Prin urmare, electronii se mișcă într-un arc circular. Un câmp magnetic schimbă doar direcția mișcării electronilor.

De exemplu, tuburile de imagine TV utilizează deviația fasciculului magnetic, iar un tub cu raze catodice a osciloscopului utilizează deviația fasciculului electrostatic.

2) Clasificarea dispozitivelor electronice. Emisia electronica

Pe baza mediului în care se mișcă electronii, există:

O) dispozitive electronice de vid– sursa de electroni liberi este fenomenul de emisie de electroni;

b) dispozitive de descărcare în gaz ionic- sursa de electroni liberi este emisia de electroni plus ionizarea prin impact a atomilor si moleculelor

V) dispozitive semiconductoare (s/p).– electronii sunt eliberați din atom sub influența diferitelor motive (modificări de temperatură, iluminare, presiune), prin urmare concentrația de purtători de sarcină liberă poate fi semnificativ mai mare decât în ​​dispozitivele cu vid și descărcare în gaz și acest lucru determină dimensiunile, greutatea mai mici și costul dispozitivelor p/p.

Subiectul 1.1. Fizica fenomenelor în semiconductori.

1. Semiconductori, tipuri de semiconductori prin conductivitate.

2. Contactul a doi semiconductori cu conductivitate diferită a impurităților.

2.1. Conectarea directă și inversă a joncțiunii p-n. Proprietăți de bază.

2.2. Caracteristicile curent-tensiune ale joncțiunii p-n. Tipuri de defalcare.

2.3. Influența temperaturii asupra joncțiunii p-n.

3. Contactul dintre semiconductor și metal. bariera Schottky.

1. Semiconductori - acestea sunt substanțe la care conductivitatea electrică depinde în mod semnificativ de temperatura de iluminare, presiune și impurități.

De exemplu, cu o creștere a temperaturii cu 1 grad Celsius, rezistența unui metal va crește cu 0,4%, iar cea a unui semiconductor va scădea cu 4-8%.

Exemple de semiconductori: germaniu(Ge), siliciu(Si), pe bază de substanțe India, arseniura de galiu.

Tipuri de semiconductori după conductivitate:

A) conductivitate intrinsecă;

B) conductivitatea impurităților;

A) Conductivitate intrinsecă reprezintă mișcarea electronilor liberi și a găurilor, al căror număr este identic și depinde în mod semnificativ de temperatura de iluminare și presiune.

Conductivitatea intrinsecă poate fi observată într-un semiconductor pur, nepurat.

Se obișnuiește să se numească un semiconductor pur având doar propria conductivitate semiconductor i - tip.

B) Conductibilitatea impurităților

Există două tipuri de conductivitate a impurităților:

- conductivitate electronică a impurităților se obține prin adăugarea de impurități cu o valență cu o unitate mai mare decât valența semiconductorului. În acest caz, 4 dintre electronii de valență ai fiecărui atom de impuritate participă la formarea legăturilor, iar al cincilea devine ușor liber fără formarea unei găuri. Prin urmare, electronii liberi predomină în astfel de semiconductori.

Se numesc semiconductorii în care predomină electronii liberi semiconductori de tip n.

De exemplu, Ge (germaniu) + As (arsenic) – semiconductor de tip n.

- conductivitate a impurităților găurii se obţine prin adăugarea de impurităţi cu o valenţă mai mică decât valenţa semiconductorului. În acest caz, fiecărui atom de impuritate îi lipsește un electron pentru a completa legătura cu atomii semiconductori, prin urmare, predomină numărul de găuri din semiconductor.

Se numesc semiconductorii în care predomină găurile semiconductori tip p .

De exemplu, Ge + In (indiu) este un semiconductor tip p.

2. Contactul a doi semiconductori cu conductivitate diferită a impurităților „n și p” - tip, se numește joncțiune „p-n”.

În punctul de contact există întotdeauna un câmp electric de tranziție (E per), direcționat din regiunea „n” către regiunea „p”.

Figura 2 – Parametrii joncțiunii p-n

d - grosimea joncțiunii „p-n”.

U к – tensiunea de contact

Exemplu: Ge d= (10 -6 ÷ 10 -8) m și U k = (0,2 la 0,3) V.

Pe măsură ce concentrația de impurități crește, d- scade și Uk crește.

2.1. Două moduri de a activa o joncțiune pn:

eu.conexiunea directă a joncțiunii p-nîn regiunea p plus, în n-regiune minus de la sursă, deci, la E sursă< E пер прямой ток I пр =0 (на рисунке 6 отрезок ОД), при E ист >Banda E creează un curent direct I pr, care depinde în mod semnificativ de tensiune, vezi Figura 3 și Figura 4.

Dependența lui I de U se numește caracteristica curent-tensiune (caracteristica volt-ampere).

Caracteristica curent-tensiune a joncțiunii p-n cu conexiune directă este prezentată în Figura 4.

Când este pornit direct, curentul este creat de purtătorii principali de sarcină - conductivitatea impurităților.

II.Comutarea inversă a joncțiunii p-n prezentat în figura 5.

Spre regiunea p minus, la n-regiunea plus de la sursă, prin urmare, câmpul electric al sursei (sursa E) este direcționat de-a lungul câmpului de tranziție și îl îmbunătățește, prin urmare principalii purtători de sarcină nu participă la crearea curentului.

Curentul invers I arr este creat de purtători de sarcină minoritari, al căror număr este mic, prin urmare curentul invers I arr este mai mic decât I r

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

Când este pornit din nou, curentul este aproape independent de tensiune, vezi caracteristica I-V în Figura 6.

Cu o tensiune inversă suficient de mare (Urev max), are loc o defalcare a joncțiunii „p-n” - acesta este un fenomen creșterea vizibilă a curentului (de zeci și sute de ori).

Există două tipuri de defecțiuni:

- pană electrică, se observă numai la repornire, la o tensiune Uob max, în timp ce sub influența câmpului electric al sursei are loc ionizarea de impact a atomilor, prin urmare se formează perechi: electron liber - gaură, al căror număr crește ca o avalanșă.

Defecțiunile electrice apar atunci când curentul invers este mai mic sau egal cu curentul de tranziție admis (Iper ≤ I add), prin urmare, se ia în considerare defecțiunea electrică reversibil , aceasta înseamnă că atunci când tensiunea p-n este îndepărtată, joncțiunea își restabilește proprietățile. Defecțiunea electrică din figura 6 este secțiunea AB

- defalcare termică apare în timpul comutării directe sau inverse, când curentul depășește valorile admise ale adaug. tranziție, în același timp, temperatura crește, prin urmare, I crește, prin urmare, temperatura crește considerabil etc. Ca urmare, joncțiunea p-n este distrusă, deci se numește defalcare termică ireversibil. Defalcarea termică din Figura 6 este secțiunea BG.

2.3. Odată cu creșterea temperaturii, curentul invers crește considerabil, deoarece Aceasta este conductivitatea intrinsecă a p/p, iar curentul direct rămâne aproape neschimbat. De exemplu, când temperatura crește cu 10 grade Celsius, curentul invers crește de 2 ÷ 2,5 ori.

Aceasta înseamnă că există o temperatură tcr la care curentul invers devine comparabil cu curentul direct, adică. are loc defectarea termică. Această temperatură tcr, pornind de la care conductivitatea intrinsecă este comparabilă cu conductivitatea impurităților, se numește temperatura critică sau de degenerare .

Deși t cr depinde de concentrația purtătorilor de impurități, parametrul determinant pentru acesta este banda interzisă de energie. Cu cât intervalul de bandă este mai mare, cu atât tcr este mai mare.

Deci, dacă pentru siliciu tcr ≈ 330 ˚С, atunci pentru germaniu temperatura critică va fi mai mică (~ 100 ˚С).

Există, de asemenea, o temperatură mai scăzută care afectează conductivitatea unui semiconductor - această temperatură la care impuritatea începe să-și manifeste conductivitatea se numește temperatura de activare tact.

Pentru toți semiconductorii, temperatura de activare este aceeași: t act = -100 0 C.

Prin urmare, pentru toate dispozitivele semiconductoare există limite de temperatură de funcționare.

De exemplu: Ge → t slave = – 60 la +75 0 C;

Si → t slave = -60 până la +150 0 C.

3. Există 2 tipuri de semiconductori și contacte metalice:

- îndreptarea– acest contact este similar cu o joncțiune pn, dar cu pierderi de tensiune mai reduse și eficiență mai mare. Contactul de redresare a fost descris pentru prima dată de un om de știință german în 1937 de W. Schottky, prin urmare contactul de redresare se numește bariera Schottky și stă la baza diodei Schottky, tranzistorul Schottky.

- nerectificativ - conduce curentul în mod egal atunci când este conectat direct sau invers. Folosit pentru a crea cabluri metalice și dispozitive semiconductoare.

Subiectul nr. 2. Dispozitive semiconductoare

1. Clasificarea dispozitivelor semiconductoare;

2. Diode semiconductoare: dioda zener, varicap, fotodioda, dioda tunel;

2.1. Dispozitiv, principiu de comutare, funcționare, proprietate principală, UGO, aplicație;

3. Tranzistor bipolar;

3.1. Tipuri, dispozitiv, principiu de includere, funcționare, proprietate principală, UGO, aplicație;

3.2. Trei scheme de comutare;

3.3. Principalii parametri și caracteristici;

3.4. Marcare;

4. Tranzistoare cu efect de câmp;

4.1. Tipuri, dispozitiv, principiu de includere, funcționare, proprietate principală, UGO, aplicație;

5. Tranzistoare unijunction.

Securitatea națională este starea de protejare a intereselor vitale ale individului, societății și statului de amenințările interne și externe, capacitatea statului de a-și menține suveranitatea și integritatea teritorială și de a acționa ca subiect de drept internațional.

Securitatea națională și politica militară a statului

Siguranța înseamnă absența pericolului (sau protecție împotriva acestuia). Securitatea Internă se referă la pericolele care afectează societatea sau statul din interior. Securitate externă determinat de absența (sau măsurile anticipate împotriva) atacului extern.

În funcție de posibilele consecințe, pe de o parte, și de costurile financiare active, pe de altă parte, măsurile anticipate împotriva atacurilor externe devin acum mai importante din punct de vedere al securității politice. Este nevoie de prevenirea acțiunilor active, în special a celor care amenință sau folosesc forța militară și pun în pericol dezvoltarea independentă a societății sau existența statului și a cetățenilor săi.

Pe măsură ce societatea umană s-a dezvoltat, legăturile dintre popoare au devenit mai complexe. Natura preponderent agrară a economiei a predeterminat percepția tradițională a pământului propice dezvoltării economice ca principală valoare pentru posesia căreia s-a purtat o luptă. Disputele și conflictele dintre state au escaladat în războaie de mii de ani. Înainte de Revoluția Industrială, forța militară a unui stat sau a unui grup etnic corespundea doar aproximativ nivelului de dezvoltare socio-economică și era considerată o categorie independentă. Nu este o coincidență că triburile „barbare” au distrus de mai multe ori state civilizate, iar nomazii au distrus popoarele așezate.

Mijloacele care servesc securității externe sunt în primul rând de natură militară. Nici la sfârșitul secolului XX, forțele și armele militare nu și-au pierdut importanța ca mijloace oficiale de securitate externă. Ca parte a procesului de destindere între Vest și Est care a avut loc în ultimii ani, niciun stat nu a fost pregătit să abandoneze pregătirile militare ca bază a securității externe. Dimpotrivă, „capacitatea de apărare garantată și paritatea forțelor armate” și „un sistem de descurajare reciprocă” sunt folosite oficial ca „baza pregătirii pentru detenție” și o condiție prealabilă pentru „pace”.

Conceptele de securitate ale individului, societății și statului nu coincid în toate. Securitatea personală înseamnă realizarea drepturilor și libertăților sale inalienabile. Pentru societate, securitatea constă în păstrarea și creșterea valorilor sale materiale și spirituale.

Securitatea națională în raport cu un stat presupune stabilitate internă, capacitate de apărare sigură, suveranitate, independență și integritate teritorială.

În condițiile moderne, când pericolul războiului nuclear rămâne, securitatea națională este o parte integrantă a securității universale. Securitatea globală până în prezent se bazează încă în mare măsură pe principiile „descurajării prin descurajare” a confruntării dintre puterile nucleare. Securitatea cu adevărat universală nu poate fi asigurată prin încălcarea intereselor oricărui stat, ea poate fi realizată numai pe baza principiilor parteneriatului și cooperării. Punctul de cotitură în formarea unui nou sistem de securitate universală a fost recunoașterea de către comunitatea mondială a imposibilității de a câștiga și de a supraviețui într-un război nuclear.

Literatură

1. Introducere în științe politice /Gadzhiev K.S., Kamenskaya G.N., Rodionov A.N. și alții - M., 1994.
2. Gadzhiev K.S. Științe politice: un manual pentru profesori, absolvenți și studenți la științe umaniste. – M., 1994.
3. Danilenko V.I. Dicționar modern de științe politice - M., 2000.
4. Krasnov B.I. Fundamentele științei politice. – M., 1994.
5. Fundamentele științelor politice: Manual pentru instituțiile de învățământ superior / Ed. V.P. Pugacheva. La ora 2 - M., 1994.
6. Panarin A.S., Vasilenko I.A. Științe politice. Curs general. – M., 2003.
7. Științe politice: Note de curs /Ed. ed. Yu.K. Krasnov. – M., 1994.

2.1. Mișcarea unui electron într-un câmp electric.În toate dispozitivele electronice, fluxurile de electroni sunt expuse unui câmp electric. Interacțiunea electronilor în mișcare cu un câmp electric este procesul principal în dispozitivele electronice.

Figura 8a prezintă câmpul electric dintre doi electrozi plati. Ele pot fi catodul și anodul unei diode în vid sau oricare doi electrozi adiacenți ai unui dispozitiv multielectrod.

Să ne imaginăm că un electron zboară dintr-un electrod care are un potențial mai mic, de exemplu dintr-un catod, cu o anumită viteză inițială V 0 .

Mișcarea electronilor într-un câmp de frânare

Fie ca viteza inițială a electronului v0 să fie opusă în direcție forței F care acționează asupra electronului din câmp.

Electronul zboară cu o anumită viteză inițială de la electrodul cu un potențial mai mare. Deoarece forța F este îndreptată spre viteza v0, electronul este încetinit și se mișcă la fel de încet. Câmpul în acest caz se numește frânare. Energia electronilor într-un câmp de frânare scade, deoarece munca nu este făcută de câmp, ci de electronul însuși, care învinge rezistența forțelor câmpului. Astfel, într-un câmp de frânare, un electron cedează energie câmpului.

Dacă energia inițială a unui electron este eU0 și trece printr-o diferență de potențial U într-un câmp de întârziere, atunci energia sa scade cu eU. Când, electronul parcurge întreaga distanță dintre electrozi și lovește un electrod cu un potențial mai mic. Dacă, atunci, după ce a trecut prin diferența de potențial U0, electronul își va pierde toată energia, viteza sa va deveni zero și va începe să accelereze înapoi. Astfel, electronul face o mișcare similară cu zborul unui corp aruncat vertical în sus.

Mișcarea unui electron într-un câmp transversal uniform

Dacă un electron zboară cu o viteză inițială v0 în unghi drept față de direcția liniilor de câmp, atunci câmpul acționează

Pe un electron cu o forță F îndreptată către un potențial mai mare. În absența forței F, electronul ar efectua o mișcare rectilinie uniformă prin inerție cu o viteză v0 și sub influența forței F, electronul ar trebui să se miște uniform într-o direcție perpendiculară pe v0 electronul este deviat spre electrodul pozitiv. Dacă electronul părăsește câmpul, așa cum se arată în figură, atunci se va mișca prin inerție rectiliniu și uniform. Aceasta este similară cu mișcarea unui corp aruncat cu o anumită viteză inițială pe o direcție orizontală. Sub influența gravitației, un astfel de corp s-ar deplasa de-a lungul unei traiectorii parabolice în absența aerului.

Câmpul electric schimbă întotdeauna energia și viteza electronului într-o direcție sau alta. Astfel, există întotdeauna o interacțiune energetică între electron și câmpul electric, adică schimbul de energie. Viteza electronului când lovește electrodul este determinată doar de viteza inițială și de diferența de potențial trecută între punctele finale ale traseului.

Mișcarea electronilor într-un câmp magnetic uniform

Să luăm în considerare mișcarea unui electron într-un câmp magnetic uniform. Atunci când neomogenitatea câmpului este nesemnificativă sau când nu este nevoie să se obțină rezultate cantitative precise, se pot folosi legile stabilite pentru mișcarea unui electron într-un câmp uniform.

Lăsați un electron să zboare într-un câmp magnetic uniform cu o viteză inițială v0 direcționată perpendicular pe liniile câmpului magnetic (Fig. În acest caz, electronul în mișcare este acționat asupra forței Lorentz F, care este perpendiculară pe vectorul v0 și pe magneticul magnetic). vector de inducție B:

După cum se poate observa, la v0 = 0 forța F este zero, adică câmpul magnetic nu acționează asupra unui electron staționar.

Forța F îndoaie traiectoria electronului într-un arc circular. Deoarece forța F acționează în unghi drept față de viteza v0, nu funcționează. Energia electronului și viteza acestuia nu se modifică, ci se schimbă doar direcția vitezei. Se știe că mișcarea unui corp într-un cerc (rotație) cu viteză constantă are loc datorită acțiunii unei forțe îndreptate spre centru (centripet), adică forța F.

Este convenabil să determinați direcția mișcării electronilor într-un câmp magnetic folosind următoarele reguli. Dacă priviți în direcția liniilor de forță magnetică, electronul se mișcă în sensul acelor de ceasornic. Sau cu alte cuvinte: rotația electronului coincide cu mișcarea de rotație a șurubului, care este înșurubat în direcția liniilor magnetice de forță.

Să determinăm raza r a cercului descris de electron. Pentru a face acest lucru, vom folosi expresia pentru forța centripetă, cunoscută din mecanică,

și echivalează-l cu valoarea forței F conform formulei (14):

Acum din această ecuație puteți găsi raza:

Cu cât viteza electronului v0 este mai mare, cu atât tinde mai puternic la mișcare rectilinie prin inerție și cu atât raza traiectoriei este mai mare. Pe măsură ce B crește, forța F crește, curbura traiectoriei crește și raza scade.

Formula derivată este valabilă pentru particule cu orice masă și sarcină.

Cu cât masa este mai mare, cu atât mai puternică particula tinde să zboare prin inerție în linie dreaptă, adică raza r devine mai mare. Și cu cât sarcina este mai mare, cu atât forța F este mai mare și cu atât traiectoria se îndoaie mai mult, adică raza ei devine mai mică. După ce a părăsit câmpul magnetic, electronul continuă să zboare în linie dreaptă prin inerție. Dacă raza traiectoriei este mică, atunci electronul poate descrie cercuri închise într-un câmp magnetic.

Să luăm în considerare un caz mai general, când un electron zboară într-un câmp magnetic sub orice unghi. Să alegem un plan de coordonate astfel încât vectorul viteză inițială a electronului v0 să se afle în acest plan și astfel încât axa x să coincidă în direcția cu vectorul B.

Să descompunăm v0 în componente și. Mișcarea unui electron cu viteza. este echivalent cu curentul de-a lungul liniilor electrice. Dar un astfel de curent nu este afectat de câmpul magnetic, adică de viteză. nu suferă nicio modificare. Dacă electronul ar avea doar această viteză, atunci s-ar mișca rectiliniu și uniform. Și influența câmpului asupra vitezei este aceeași ca în cazul principal din Fig. Având doar viteză, electronul s-ar mișca într-un cerc într-un plan perpendicular pe liniile de forță magnetice.

Mișcarea rezultată a electronului are loc de-a lungul unei linii elicoidale (numită adesea „spirală”). În funcție de valorile lui B, această traiectorie elicoidală este mai mult sau mai puțin întinsă. Raza sa poate fi determinată cu ușurință folosind formula (16), înlocuind viteza în ea.

Pentru a rezolva această problemă, vom folosi și un sistem de coordonate dreptunghiular. Să direcționăm axa y către vectorul de inducție magnetică B și axa x astfel încât vectorul viteză al electronului v0 situat în punctul de origine în momentul t = 0 să se afle în planul XOY. aceste. avem componente vxo și vyo

În absența unui câmp electric, sistemul de ecuații ale mișcării electronilor ia forma:

sau ținând cont de condițiile Bx = Bz = 0 și By = - B:

Mișcarea unui electron într-un câmp magnetic uniform

Integrarea celei de-a doua ecuații a sistemului ținând cont de condiția inițială: la t=0, vy =vyo duce la relația:

aceste. arată că câmpul magnetic nu afectează componenta vitezei electronilor în direcția liniilor de câmp.

O soluție comună a primei și a treia ecuații ale sistemului, constând în diferențierea primei în funcție de timp și înlocuirea valorii dvz / dt de a treia, conduce la o ecuație care raportează viteza electronului vx la timp:

Rezolvarea ecuațiilor de acest tip poate fi reprezentată astfel:

Mai mult, din condițiile inițiale la t=0, v x=vx0, dvx/dt=0 (care rezultă din prima ecuație a sistemului, întrucât vz0 = 0) rezultă că

Mai mult, diferențierea acestei ecuații ținând cont de prima ecuație a sistemului duce la expresia:

Rețineți că la pătrat și adăugarea ultimelor două ecuații dă expresia:

ceea ce confirmă încă o dată că câmpul magnetic nu modifică valoarea vitezei (energiei) totale a electronului.

Ca rezultat al integrării ecuației care o definește vx, obținem:

constanta de integrare în conformitate cu condiţiile iniţiale este egală cu zero.

Integrarea ecuației care determină viteza vz, ținând cont de faptul că la z = 0, t = 0, ne permite să aflăm dependența de timp a coordonatei z a electronului:

Rezolvând ultimele două ecuații pentru și, punând la pătrat și adunând, după transformări simple obținem ecuația pentru proiecția traiectoriei electronilor pe planul XOZ:

Aceasta este ecuația unui cerc de rază, al cărui centru este situat pe axa z la o distanță r de origine (Fig. 2.2). Traiectoria electronului în sine este o spirală cilindrică de rază cu un pas. Din ecuațiile rezultate este, de asemenea, evident că mărimea reprezintă frecvența circulară a electronului care se deplasează de-a lungul acestei traiectorii.

Mișcarea electronilor liberi în majoritatea dispozitivelor electronice este controlată folosind câmpuri electrice sau magnetice. Care este esența acestor fenomene?

Electron într-un câmp electric. Interacțiunea electronilor în mișcare cu un câmp electric este procesul principal care are loc în majoritatea dispozitivelor electronice.

Cel mai simplu caz este mișcarea unui electron într-un câmp electric uniform, adică. într-un câmp a cărui putere este aceeași în orice punct, atât ca mărime, cât și ca direcție. Figura prezintă un câmp electric uniform creat între două plăci paralele de întindere suficientă pentru a neglija curbura câmpului la margini. Pe un electron, precum și pe orice sarcină plasată într-un câmp electric cu o tensiune E, există o forță egală cu produsul dintre mărimea sarcinii și intensitatea câmpului la locul sarcinii,

F = -eE. 1.11

Semnul minus arată că, datorită sarcinii negative a electronului, forța are o direcție opusă direcției vectorului intensității câmpului electric. Sub forță F electronul se deplasează spre câmpul electric, adică se deplasează către puncte cu potenţial mai mare. Prin urmare, câmpul în acest caz se accelerează.

Munca depusă de câmpul electric pentru a muta o sarcină dintr-un punct în altul este egală cu produsul dintre mărimea sarcinii și diferența de potențial dintre aceste puncte, adică. pentru electroni

Unde U - diferența de potențial între punctele 1 și 2. Această muncă este cheltuită pentru a da energie cinetică electronului

Unde VŞi V 0 - viteza electronilor la punctele 2 si 1. egaland egalitatile (1.12) si (1.13), obtinem

Dacă viteza iniţială a electronului V 0 = 0, Că

De aici putem determina viteza unui electron într-un câmp electric la o diferență de potențial U :

Astfel, viteza dobândită de un electron atunci când se deplasează într-un câmp accelerator depinde doar de diferența de potențial trecută. Din formula (1.17) este clar că vitezele electronilor, chiar și cu o diferență de potențial relativ mică, sunt semnificative. De exemplu, când U = 100 Intrăm V = 6000 km/s. Cu o viteză atât de mare a electronilor, toate procesele din dispozitivele asociate cu mișcarea electronilor decurg foarte repede. De exemplu, timpul necesar electronilor pentru a călători între electrozii dintr-un tub vid este o fracțiune de microsecundă. De aceea, funcționarea majorității dispozitivelor electronice poate fi considerată practic lipsită de inerție.

Să considerăm acum mișcarea unui electron a cărui viteză inițială este V oîndreptată împotriva forţei F , care acţionează asupra electronului din câmp (Fig. 1.8, b). În acest caz, câmpul electric este inhibitor pentru electron. Viteza electronului și energia sa cinetică în câmpul de frânare scad, deoarece în acest caz munca nu este făcută de forțele de câmp, ci de electronul însuși, care, datorită energiei sale, învinge rezistența forțelor de câmp. Energia pierdută de electron merge în câmp. Într-adevăr, deoarece mișcarea unui electron într-un câmp de întârziere înseamnă mișcarea sa în direcția polului negativ al sursei de câmp, atunci pe măsură ce electronul se apropie de acesta din urmă, sarcina negativă totală crește și energia câmpului crește în consecință. În momentul în care electronul își consumă complet energia cinetică, viteza sa va fi egală cu zero, iar apoi electronul va începe să se miște în direcția opusă. Mișcarea sa în direcția opusă nu este altceva decât mișcarea discutată mai sus fără o viteză inițială într-un câmp accelerat. Cu o astfel de mișcare a electronului, câmpul îi returnează energia pe care a pierdut-o în timpul mișcării sale lente.

În cazurile discutate mai sus, direcția vitezei electronului a fost paralelă cu direcția liniilor câmpului electric. Acest câmp electric se numește longitudinal. Câmpul direcționat perpendicular pe vectorul viteză inițială al electronului se numește transversal.

Să luăm în considerare opțiunea când un electron zboară într-un câmp electric cu o anumită viteză inițială V o și în unghi drept față de direcția liniilor electrice de alimentare (Fig. 1.8, V). Câmpul acţionează asupra electronului cu o forţă constantă, determinată de formula (1.11) şi îndreptată către un potenţial pozitiv mai mare. Sub influența acestei forțe, electronul capătă viteză V 1, îndreptată spre teren. Ca urmare, electronul realizează simultan două mișcări reciproc perpendiculare: rectilinie, uniforme în inerție cu viteza V 0 și drept

accelerat uniform cu viteza V 1. Sub influența acestor două viteze reciproc perpendiculare, electronul se va mișca pe o traiectorie care este o parabolă. După părăsirea câmpului electric, electronul se va mișca în linie dreaptă prin inerție.

Electron într-un câmp magnetic. Influența unui câmp magnetic asupra unui electron în mișcare poate fi considerată ca acțiunea acestui câmp ca asupra unui conductor cu curent. Mișcarea unui electron cu o sarcină e si viteza V echivalent cu curentul i , trecând printr-un segment elementar de conductor de lungime Δ l .

Conform legilor de bază ale electromagnetismului, forța care acționează într-un câmp magnetic asupra unui fir de lungime Δ l cu curent i egal cu

F= BiΔ lsinα . (1.20)

Unde ÎN- inducție magnetică; α – unghiul dintre direcția curentului și linia câmpului magnetic.

Folosind relația (1.18), obținem o nouă expresie care caracterizează forța de influență a câmpului magnetic asupra unui electron care se mișcă în el,

F= BeV sinα . (1.21)

Din această expresie este clar că un electron care se deplasează de-a lungul liniilor câmpului magnetic (α = 0) nu experimentează nicio influență a câmpului ( F= BeVsin 0=0) și continuă să se deplaseze cu viteza dată.

Dacă vectorul vitezei inițiale a electronului este perpendicular pe vectorul inducției magnetice, i.e. α = 90, atunci forța care acționează asupra electronului este

F= BeV.(1.22)

Direcția acestei forțe este determinată de regula mâinii stângi. Rezistenţă F întotdeauna perpendicular pe direcția vitezei instantanee V electron și direcția liniilor câmpului magnetic. În conformitate cu cea de-a doua lege a lui Newton, această forță se transmite unui electron cu masă m e accelerație egală cu . Deoarece accelerația este perpendiculară pe viteza V , atunci electronul, sub influența acestei accelerații normale (centripete), se va deplasa într-un cerc situat într-un plan perpendicular pe linia câmpului.

În general, viteza inițială a electronului poate să nu fie perpendiculară pe inducția magnetică. În acest caz, traiectoria electronului este determinată de două componente ale vitezei inițiale :

normal V 1 și tangentă V 2, primul fiind îndreptat perpendicular pe liniile câmpului magnetic, iar al doilea paralel cu acestea. Sub influența componentei normale, electronul se mișcă într-un cerc, iar sub acțiunea componentei tangente, se mișcă de-a lungul liniilor de câmp din Fig. 1.9.

Ca urmare a acțiunii simultane a ambelor componente, traiectoria electronului ia forma unei spirale. Posibilitatea avută în vedere de a schimba traiectoria unui electron folosind un câmp magnetic este folosită pentru a focaliza și controla fluxul de electroni în tuburile cu raze catodice și alte dispozitive.