Содержание

1. Движение электрона в равномерном магнитном поле, неизменном во времени и направленном перпендикулярно скорости……………………..3

2. Движение электрона в неизменном во времени магнитном поле, когда скорость электрона не перпендикулярна силовым линиям……………….4
3. Фокусировка пучка электронов постоянным во времени магнитным полем (магнитная линза)……………………………………….6
4. Движение электронов в равномерном электрическом поле. Принцип работы электронного осциллографа………………………………………...7
5. Фокусировка пучка электронов постоянным во времени электрическим полем (электрическая линза)……………………………….8
6. Движение электрона в равномерных, взаимно перпендикулярных, неизменных во времени магнитном и электрическом полях………………9
7. Движение заряженных частиц в кольцевых ускорителях………………11

Движение заряженных частиц в магнитном и электрическом полях

1. Движение электрона в равномерном магнитном поле, неизменном во времени и направленном перпендикулярно скорости.

В данных разделах под заряженной частицей мы будем подразумевать электрон. Заряд его обозначим q=-qэ и массу m. Заряд примем равным qэ=1,601.10-19 Кл, при скорости движения, значительно меньшей скорости света, масса m=0,91.10-27 г. Полагаем, что имеет место достаточно высокий вакуум, так что при движении электрон не сталкивуается с другими частицами.
На электрон, движущийся со скоростью [pic]в магнитном поле индукции, [pic] действует сила Лоренца [pic].

На рис 1 учтено, что заряд электрона отрицателен, и скорость его
[pic]направлена по оси y, а индукция [pic]по оси- x. Сила[pic] направлена перпендикулярно скорости и является центробежной силой. Она изменяет направление скорости, не влияя на числовое значение.

Электрон будет двигаться по окружности радиусом r с угловой частотой
?ц, которую называют циклотронной частотой. Центробежное ускорение равно силе f, деленной на массу [pic].

Отсюда

[pic] (1)

Время одного оборота

[pic]

Следовательно

[pic] (2)

2. Движение электрона в неизменном во времени магнитном поле, когда скорость электрона не перпендикулярна силовым линиям.

Рассмотрим два случая: в первом- электрон будет двигаться в равномерном, во втором – в неравномерном поле. а) Движение в равномерном поле. Через ? на рис 2. Обозначен угол между скоростью электрона[pic] и индукцией [pic]. Разложим [pic] на [pic], направленную по [pic] и численно равную [pic], и на [pic] , направленную перпендикулярно [pic] и численно равную [pic]. Так как [pic] , то наличие составляющей скорости [pic] не вызывает силы воздействия на электрон.
Движение со скоростью[pic] приводит к вращению электрона вокруг линии [pic] подобно тому, как это было рассмотрено в первом пункте. В целом электрон будет двигатся по спирали рис. 2. б. Осевой линией которой является линия магнитной индукции. Радиус спирали [pic] шаг спирали

[pic] (3)

Поступательное и одновременно вращательное движение иногда называют дрейфом электрона.

Рис 2. б. б) Движение в неравномерном поле. Если магнитное поле неравномерно, например сгущается ( рис.2 в.), то при движении по спирали электрон будет попадать в точки поля, где индукция В увеличивается. Но чем больше индукция
В, тем при прочих равных условиях меньше радиус спирали r. Дрейф электрона будет происходить в этом случае по спирали со всем уменьшающимся радиусом.
Если бы магнитные силовые линии образовывали расходящийся пучок, то электрон при своем движении попадал бы в точки поля со все уменьшающейся индукцией и радиус спирали возрастал бы.

Рис 2. в.

3. Фокусировка пучка электронов постоянным во времени магнитным полем

(магнитная линза).

Из катода электронного прибора (рис. 3) выходит расходящийся пучок электронов. Со скоростью [pic] электроны входят в неравномерное магнитное поле узкой цилиндрической катушки с током.

Разложим скорость электрона [pic] в произвольной точке т на две составляющие: [pic]и [pic].

Первая [pic] направлена противоположно [pic], а вторая [pic]- перпендикулярно [pic]. Возникшая ситуация повторяет ситуацию, рассмотренную в пункте 2. Электрон начнет двигаться по спирали, осью которой является
[pic]. В результате электронный пучок фокусируется в точке b.