§ 73. Отклонение движущихся заряженных частиц электрическим и магнитным полями

Рассмотрим узкий пучок одинаковых заряженных частиц (например, электронов), попадающий в отсутствие полей на перпендикулярный к нему экран в точке О (рис. 73.1). Определим смещение следа пучка, вызываемое перпендикулярным к пучку однородным электрическим полем, действующим на пути длиной Пусть первоначально скорость частиц равна Войдя в область поля, каждая частица будет двигаться с постоянным по величине и направлению, перпендикулярным к ускорением — удельный заряд частицы).

Рис. 73.1.

Движение под действием поля продолжается время За это время частицы сместятся на расстояние

и приобретут перпендикулярную к составляющую скорости

В дальнейшем частицы летят прямолинейно в направлении, которое образует с вектором угол а, определяемый соотношением

В результате в дополнение к смещению (73.1) пучок получает смещение

где — расстояние от границы области, в которой имеется поле, до экрана.

Таким образом, смешение следа пучка относительно точки О равно

Приняв во внимание формулу (73.2), выражению для смещения можно придать вид

Отсюда вытекает, что частицы, покинув поле, летят так, как если бы они вылетели из центра конденсатора, создающего поле, под углом а, который определяется формулой (73.2).

Теперь предположим, что на имеющей протяженность Л пути частиц включается перпендикулярное к их скорости однородное магнитное поле (рис. 73.2; поле перпендикулярно к плоскости рисунка, область поля обведена пунктирной окружностью). Под действием поля каждая частица получит постоянное по величине ускорение

Рис. 73.2.

Ограничиваясь случаем, когда отклонение пучка полем невелико, можно считать, что ускорение постоянно по направлению и перпендикулярно к . Тогда для расчета смещения можно использовать полученные нами формулы, заменив в них ускорение значением . В результате для смещения, которое мы теперь обозначим буквой получится выражение

Угол, на который отклонится пучок магнитным полем, определяется соотношением

С учетом (73.5) формулу (73.4) можно представить в виде

Следовательно, при небольших отклонениях частицы, покинув магнитное поле, летят так, как если бы они вылетели из центра области, в которой имеется отклоняющее поле, под углом р, величина которого определяется выражением (73.5).

Из формул (73.3) и (73.4) видно, что как отклонение электрическим, так и отклонение магнитным полем пропорционально удельному заряду частиц.

Отклонение пучка электронов электрическим или магнитным полем используется в электронно-лучевых трубках. Внутри трубки с электрическим отклонением (рис. 73.3), кроме так называемого электронного прожектора, создающего узкий пучок быстрых электронов (электронный луч), помещаются две пары взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин. Подавая напряжение на любую пару пластин, можно вызвать пропорциональное ему смещение электронного луча в направлении, перпендикулярном к данным пластинам. Экран трубки покрывают флуоресцирующим составом. Поэтому в месте попадания на экран электронного луча возникает ярко светящееся пятно.

Рис. 73.3.

Электронно-лучевые трубки применяются в осциллографах — приборах, позволяющих изучать быстропротекающие процессы. На одну пару отклоняющих пластин подают напряжение, изменяющееся со временем линейно (напряжение развертки), на другую — исследуемое напряжение. Вследствие ничтожной инерционности электронного луча его отклонение практически без запаздывания следует за изменениями напряжений на обеих парах отклоняющих пластин, причем луч вычерчивает на экране осциллографа график зависимости исследуемого напряжения от времени. Многие неэлектрические величины могут быть с помощью соответствующих устройств (датчиков) преобразованы в электрические напряжения. Поэтому с помощью осциллографов исследуют самые различные процессы.

Электронно-лучевая трубка является неотъемлемой частью телевизионных устройств. В телевидении чаще применяются трубки с магнитным управлением электронным лучом. У таких трубок вместо отклоняющих пластин имеются две расположенные снаружи взаимно перпендикулярные системы катушек, каждая из которых создает перпендикулярное к лучу магнитное поле. Изменяя ток в катушках, вызывают перемещение светового пятна, создаваемого электронным лучом на экране.