Основы электроники
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Содержание
.Движение электронов в вакууме в электрическом 2-4 магнитном полях
.Движение электрона в однородном электрическом поле
.Движение электрона в ускоряющем поле
.Движение электрона в тормозящем поле
.Движение электрона в однородном поперечном поле
.Движение электронов в однородном магнитном поле
.Анализ энергии электронов методом тормозящего поля
Список используемой литературы
Вступ
Взаимодействие движущихся электронов с электрическим полем является основным процессом во всех электронных приборах. Полагаем, что электроны движутся в вакууме, без столкновений с другими частицами. Такое движение совершается в электронных лампах. В газоразрядных и полупроводниковых приборах движение сложнее, так как происходит столкновение электронов с ионами и другими частицами газа или твердого вещества.
Законы движения одного электрона в однородном электрическом поле с известным приближением можно применить к движению его в электронном потоке, если пренебречь взаимным отталкиванием электронов.
Электрон является частицей материи с отрицательным электрическим зарядом, абсолютное значение которого е=1,6-10-19 Кл. Масса неподвижного электрона т = 9,1 10-28 г. С возрастанием скорости масса электрона увеличивается. Теоретически при скорости с = 3 108 м/с она должна стать бесконечно большой. В обычных электровакуумных приборах скорость.
1. Движение электронов в вакууме в электрическом и магнитном полях
В электрическом поле напряженностью Е на электрон действует сила Fэ= -еЕ, противоположная по направлению вектору Е.
В магнитном поле с индукцией В на движущийся электрон действует сила Лоренца. При произвольной ориентации векторов эту силу удобно представить в векторной форме:
Fм = -e[vB],
где v - вектор скорости электрона.
При наличии электрического и магнитного полей действующая на электрон сила:
F = -eE-e[vB].
Поскольку при движении в вакууме электрон не испытывает столкновений, приводящих к изменению величины и направления его скорости, получаем уравнение движения электрона
(2.1)
Это уравнение позволяет полностью описать движение электрона, найти его траекторию и скорость в любой точке, если известны начальные условия: координаты, величина и направление скорости в начале пути и, главное, если известна картина поля, т.е. заданы в виде функции координат векторы напряженности электрического поля Е и магнитной индукции В .
Нахождение картины поля является первым этапом решения задач о движении электронов в межэлектродном пространстве.
Аналитически картину электрического поля в пространстве, свободном от зарядов, можно найти решением уравнения Лапласа:
.
электрон поле магнитный заряд
Это для случая малых потоков или единичных электронов.
В случаях, когда электроны и другие заряженные частицы находятся в межэлектродном пространстве в большом количестве и влияют на картину электрического поля, в основу расчета должно быть положено уравнение Пуассона:
где плотность объемного заряда; диэлектрическая проницаемость.
Однако картины электрического поля аналитическим путем можно найти для простых конфигураций электродов, а для сложных электродов используют эксперимент (электрическая ванна, метод сеток, метод сопротивлений) или приближенные методы расчета.
Картину магнитного поля также можно получить аналитически только для простейших случаев.
Вернемся к уравнению (2.1):
Умножив левую и правую части скалярно на скорость электрона v, получим
Второе слагаемое равно нулю потому, что сила Лоренца перпендикулярна направлению движения электрона.
Выясняется, что под действием магнитного поля изменяется только направление движения электрона, а его скорость не меняется по величине.
Электрическое поле влияет на кинетическую энергию и на направление движения.
Уравнение, связывающее энергию свободного электрона с пройденной разностью потенциалов U:
Если начальную энергию электрона охарактеризовать некоторой разностью потенциалов U0, т.е. выразить ее в электрон-вольтах, то скорость электрона, прошедшего разность потенциалов U,
Напомним, что при скоростях электрона, близких к скорости света, во всех приведенных уравнениях должна быть релятивистская масса электрона Однако, как показывает расчет, релятивистский эффект учитывается только при анализе движения электрона, ускоряемого разностью потенциалов в несколько десятков киловольт. Поэтому далее будем считать массу электрона постоянной.
2. Движение электрона в однородном электрическом поле
Рассмотрим движение электрона между плоскопараллельными электродами с расстоянием d между ними.
Уравнение Лапласа, имеющее вид , после интегрирования сводится к уравнению
где U - разность потенциалов между электродами.
Уравнение движения электрона в прямоугольной системе координат разбивается на три уравнения:
В рассматриваемом случае магнитное поле отсутствует, а электрическое имеет одну компоненту Ey =E. Тогда система уравнений запишется как
Пусть в момент t = 0 электрон находится в точке начала координат и движется со скоростью v0, имеющей компоненты по осям х и у, а компонент?/p>