ЭЛЕКТРОНЫ

КАК УПРАВЛЯЮТ ЭЛЕКТРОНАМИ

# правлять движением — это значит уметь менять по

* своему желанию скорость и направление движения. Управлять электронами нам помогают магнитные и элек­трические поля.

Магнитное поле действует в пространстве вблизи маг­нита (или провода с током).

Полюсы магнитов (взаимодействуют друг с другом по такому же правилу, как и электрические заряды: между разноимёнными полюсами (север и юг) действуют силы притяжения, а между одноимёнными (север и север или юг и юг) —силы отталкивания[2]). Эти силы быстро убы­вают, если расстояние между полюсами увеличивается.

Для изучения магнитного поля можно применить ма­ленькую магнитную стрелку.

На рисунке 9 в магнитном поле вблизи полюсов маг­нита нарисованы две стрелки. На каждую стрелку дей­ствуют одновременно две силы: сила притяжения и сила

Отталкивания. Южный полюс стрелки, стоящей справа, притягивается к северному полюсу магнита, а северный полюс стрелки от него отталкивается. Эта стрелка нахо­дится в равновесии: обе силы тянут стрелку в противопо­ложные стороны и не поворачивают её вокруг оси.

Стрелка слева от магнита ещё не уравновешена. Маг­нитные силы должны повернуть её, и она установится, как и стрелка, стоящая справа, по направлению действующих на её полюсы магнитных сил.

Разместим теперь вокруг магнита несколько стрелок. Вид сверху на магнит, окружённый стрелками, показан на рис. 10. Сразу видно, что цепочки стрелок расположены не как попало, а по замкнутым линиям. Направление ли­ний везде совпадает с направлением магнитных сил; по­этому эти линии называются магнитными силовыми линиями. Условились считать, что они направлены от северного полюса к южному.

Как вблизи магнита действуют магнитные силы, так и около заряженного тела действуют электрические силы,

То-есть существует электрическое поле. В электрическом поле тоже можно начертить силовые линии. Они указы­вают направление электрических сил.

На рисунке 11 изображены силовые линии самого про­стого электрического поля, поля между двумя парал­лельными друг другу и разноимённо заряженными плос-

Кими пластинками. Здесь все силовые линии — прямые, параллельные между собой (они изображены пункти­ром). Электрические силовые линии считаются направ­ленными от положительно заряженной пластинки к отри­цательной. Если бы мы поместили в электрическом поле маленький положительный заряд, то он двигался бы именно в направлении электрических силовых линий к от­рицательной пластинке; электроны же двигались бы в таком поле в обратном направлении.

Можно получить и магнитное поле с прямыми сило­выми линиями (см, рис. 13) и электрическое поле, сило­вые линии которого искривлены (см. рис. 12).

Представление о силовых линиях очень полезно при изучении электрических и магнитных полей. Картина си­ловых линий даёт возможность судить о том, как направ­лены силы поля и как будет перемещаться в поле заряд или магнит.

Теперь посмотрим, как электрические и магнитные поля действуют на электроны.

На рисунке 11 нарисованы пути нескольких электро­нов в электрическом поле. Электроны отмечены цифрами: 1, 2, 3 и 4.

Проще всего дело обстоит с электронами 1 и 2. Они влетают с большой скоростью в электрическое поле через отверстия в заряженных пластинках и с самого начала двигаются вдоль силовых линий. Поэтому обоим элек­тронам нет причины сворачивать с прямого пути. Элек­трон 2 притягивается к положительно заряженной пла­стинке; движение его ускоряется, как движение камня, брошенного отвесно вниз. А движение электрона 1 за­медляется силой притяжения к нижней пластинке так же, как замедляется движение камня, брошенного верти-- кально вверх.

С третьим и четвёртым электронами дело обстоит сложнее. В этом случае электрические силы изменяют

Направление движения электрона. Электрон 3 пролетает через электрическое поле с большой скоростью, и поле не успевает заставить электрон двигаться вдоль силовых линий; оно только слегка отклоняет электрон. Электрон 4 летит медленно, и поле отклоняет его так сильно, что в конце пути электрон движется почти по направлению силовых линий и, наконец, попадает на положительную пластинку.

По таким путям пролетит не только электрон, но и любая другая заряженная частица, например, положи-

Тельный ион; только он отклонится от прямой линии в сторону отрицательной пластинки.

Можно получить электрическое поле иного строения, если, например, одну из пластинок заменить вогнутой металлической поверхностью (рис. 12). В этом случае силовые линии (они показаны на рисунке сплошными линиями) будут расходиться веером от положительно заряженной пластинки — анода — к отрицательно заря­женному вогнутому катоду. В таком электрическом поле электроны (они обозначены белыми кружочками) собира­лись бы на пути от катода к аноду в узкий пучок.

Итак, одним только электрическим полем можно ускорять или замедлять движение электронов, поворачи­вать их назад, отклонять в любом направлении и соби­рать в узкие пучки. Иногда для управления электронами достаточно только электрических полей, но в некоторых случаях используются и магнитные поля.

А как действует на электроны магнитное поле? Опыты показали, что на электроны, летящие вдоль магнитных силовых линий, магнитное поле не действует вовсе. Но электроны, влетающие в магнитное поле перпендику­лярно к силовым линиям (пересекая их), начинают дви­гаться по окружности.

Как направлена сила, заставляющая электрон описы­вать круг?

Представим себе мячик, привязанный к резинке и движущийся по кругу. На мячик действует сила, кого-

Рую развивает растянутая резинка. Сила направлена от мячика вдоль резинки в центр круга. Сила, направлен­ная в центр, действует на любое тело, описывающее круг; действует она и на электроны, летящие по кругу. На рисунке 13 эта сила изображена стрелкой А. Опыт­ным путём установлено, что эта сила всегда направлена под прямым углом как к силовым линиям (стрелка Б), так и к направлению движения электрона (стрелка В). Три направления — направление силы, действующей на электрон, направление движения электрона и направле­ние магнитных силовых линий — всегда взаимно перпен­дикулярны, как три ребра куба, сходящихся в одной вершине. Это хорошо видно на рисунке 13 (внизу).

Из приведённых примеров ясно, какие разнообразные движения могут совершать электроны в электрических и магнитных полях. Но эти примеры — самые простые. Используя электрические и магнитные поля различного строения, заставляя их действовать на электроны не один, а несколько раз, можно ускорять и замедлять по­ток электронов, направлять его по желательному для нас пути и привести его, в конце концов, в намеченное место.

В дальнейшем мы увидим, какую пользу приносит умение управлять электронами.