Какими свойствами обладают электронные пучки
Глава 3. Электрический ток в различных средах
Электронные пучки представляют собой направленные потоки быстро движущихся электронов; поперечные размеры пучков обычно значительно меньше их длины. Электронные пучки впервые были обнаружены в газовом разряде, происходящем при пониженном давлении: наблюдались слабое голубое свечение вдоль оси газоразрядной трубки и флуоресценция стеклянных стенок трубки, которые объяснялись воздействием так называемых к а- тодных лучей (опыты английского физика У. Крукса). Дальнейшие исследования привели к открытию электрона (английский физик Дж. Томсон, 1897 г.), а сами лучи были отождествлены с потоками электронов.
В настоящее время электронные пучки образуются в электронно-вакуумных приборах, использующих явление термоэлектронной эмиссии. Если в аноде электронной лампы сделать отверстие, то часть электронов, ускоренных электрическим полем, пролетит в отверстие, образуя за анодом электронный пучок. Количеством электронов в пучке можно управлять, поместив между катодом и анодом дополнительный электрод и изменяя его потенциал. Электронные пучки имеют ряд свойств, благодаря которым они находят широкое практическое применение.
Свойства электронных пучков и их применение
Электронные пучки обладают энергией. Попадая на тела, они вызывают их нагревание. В современной технике это свойство используют для электронной плавки сверхчистых металлов в вакууме.
При попадании на пластинку из металла большой плотности (вольфрама, платины) электронные пучки тормозятся, вследствие чего возникает рентгеновское излучение. Это свойство используют в рентгеновских трубках, о чем будет рассказано в дальнейшем.
Некоторые вещества (стекло, сульфиды цинка и кадмия), бомбардируемые электронами, светятся. В настоящее время среди материалов этого типа (люминофоров) применяются такие, у которых в световую энергию превращается до 25% энергии электронного пучка.
Электронные пучки отклоняются электрическим полем. Например, проходя между пластинами заряженного конденсатора, электроны отклоняются от отрицательно заряженной пластины к положительно заряженной (рис. 3.39).
Электронные пучки отклоняются также в магнитном поле. Пролетая над северным полюсом магнита, электроны отклоняются влево, а пролетая над южным полюсом —^вправо (рис. 3.40). Отклонение электронных потоков, идущих от Солнца, в магнитном поле Земли приводит к тому, что свечение газов верхних слоев атмосферы (полярные сияния) наблюдается только у полюсов.
Возможность управления электронным пучком с помощью электрического или магнитного поля и свечение под действием пучка покрытого люминофором экрана находит применение в электронно-лучевой трубке.
Электронно-лучевая трубка
Устройство электронно-лучевой трубки показано на рисунке 3.41. Трубка представляет собой вакуумный баллон, изготовленный в виде колбы, расширенной с одной стороны. Расширенное дно колбы покрыто люминофором и образует экран трубки. В узком конце трубки помещен источник быстрых электронов — электронная пушка (рис. 3.42). Она состоит из накаливаемого оксидного катода К и трех коаксиальных цилиндров: управляющего электрода (сетки) М, первого анода А1 и второго анода А2.
Электроны испускаются нагретым оксидным слоем торца цилиндрического катода и проходят через отверстие в цилиндрическом управляющем электроде. Управляющий электрод имеет отрицательный потенциал относительно катода (-20…-70 В) и сжимает своим полем выходящий из катода электронный пучок. Изменяя этот потенциал, можно изменять количество электронов в пучке, т. е. его интенсивность.
Каждый анод состоит из дисков с небольшими отверстиями, вставленных в металлический цилиндр. Потенциал первого анода положителен относительно катода, а потенциал второго анода положителен относительно первого анода. Электрические поля между электродом М и анодом А1, а также между анодами А1 и А2, ускоряющие электроны, показаны на рисунке 3.42 при помощи эквипотенциальных поверхностей. Форма, расположение и потенциалы анодов выбраны так, чтобы наряду с ускорением электронов происходила и фокусировка электронного пучка, т. е. уменьшение площади его поперечного сечения. На экране, в том месте, куда попадает электронный пучок (узко сфокусированный электронный пучок иногда называют электронным лучом), возникает свечение.
После электронной пушки сфокусированный электронный пучок на пути к экрану проходит последовательно между двумя парами управляющих пластин, подобных пластинам плоского конденсатора. Если электрического поля между пластинами нет, то пучок не отклоняется и светящаяся точка располагается в центре экрана. При сообщении разности потенциалов вертикально расположенным пластинам пучок смещается в горизонтальном направлении, а при сообщении разности потенциалов горизонтальным пластинам он смещается в вертикальном направлении. Одновременное использование двух пар пластин позволяет перемещать светящуюся точку по экрану в любом направлении.
Малая масса электронов в электронном пучке обеспечивает малую инерционность электронно-лучевой трубки: электронный пучок практически мгновенно реагирует на изменение напряжения на управляющих пластинах. На этом свойстве электронных пучков основано использование электронно-лучевой трубки в электронном осциллографе* — приборе, который применяется для исследования быстропеременных процессов в электрических цепях.
* От лат. oscillo — качаюсь и греч. grápho‾ — пишу.
В электронно-лучевой трубке, применяемой в телевизоре (так называемом кинескопе), управление электронным пучком осуществляется с помощью магнитного поля. Это поле создают катушки, надетые на горловину трубки.
Дисплей
Широкое применение имеют электронно-лучевые трубки в присоединяемых к электронно-вычислительным машинам (ЭВМ) устройствах — дисплеях. На экран дисплея, подобный экрану телевизора, поступает информация, записанная и переработанная ЭВМ. Можно непосредственно видеть текст на любом языке, графики различных процессов, изображения реальных объектов, а также воображаемые объекты, подчиняющиеся законам, записанным в программе ЭВМ.
В электронно-лучевых трубках формируются узкие электронные пучки, управляемые электрическими и магнитными полями. Эти пучки используются в осциллографах, кинескопах телевизоров, дисплеях ЭВМ.
Физика
Учебник для 10-11 классов
- Электронные пучки представляют собой направленные потоки быстро движущихся электронов; поперечные размеры пучков обычно значительно меньше их длины. Электронные пучки впервые были обнаружены в газовом разряде, происходящем при пониженном давлении: наблюдались слабое голубое свечение вдоль оси газоразрядной трубки и флуоресценция стеклянных стенок трубки, которые объяснялись воздействием так называемых катодныx лучей (опыты английского физика У. Крукса). Дальнейшие исследования привели к открыт.ию электрона (английский физик Дж. Томсон, 1897 г.), а сами лучи были отождествлены с потоками электронов.
В настоящее время электронные пучки образуются в электронно-вакуумных приборах, использующих явление термоэлектронной эмиссии. Если в аноде электронной лампы сделать отверстие, то часть электронов, ускоренных электрическим полем, пролетит в отверстие, образуя за анодом электронный пучок. Количеством электронов в пучке можно управлять, поместив между катодом и анодом дополнительный электрод и изменяя его потенциал. Электронные пучки имеют ряд свойств, благодаря которым они находят широкое практическое применение.
Свойства электронных пучков и их применение
Электронные пучки обладают энергией. Попадая на тела, они вызывают их нагревание. В современной технике это свойство используют для электронной плавки сверхчистых металлов в вакууме.
При попадании на пластинку из металла большой плотности (вольфрама, платины) электронные пучки тормозятся, вследствие чего возникает рентгеновское излучение. Это свойство используют в рентгеновских трубках, о чем будет рассказано в дальнейшем.
Некоторые вещества (стекло, сульфиды цинка и кадмия), бомбардируемые электронами, светятся. В настоящее время среди материалов этого типа (люминофоров) применяются такие, у которых в световую энергию превращается до 25% энергии электронного пучка.
Электронные пучки отклоняются электрическим полем. Например, проходя между пластинами заряженного конденсатора, электроны отклоняются от отрицательно заряженной пластины к положительно заряженной (рис. 3.39).
Рис. 3.39
Электронные пучки отклоняются также в магнитном поле. Пролетая над северным полюсом магнита, электроны отклоняются влево, а пролетая над южным полюсом — право (рис. 3.40). Отклонение электронных потоков, идущих от Солнца, в магнитном поле Земли приводит к тому, что свечение газов верхних слоев атмосферы (полярные сияния) наблюдается только у полюсов.
Рис. 3.40
Возможность управления электронным пучком с помощью электрического или магнитного поля и свечение под действием пучка покрытого люминофором экрана находит применение в электронно-лучевой трубке.
Электронно-лучевая трубка
Устройство электронно-лучевой трубки показано на рисунке 3.41. Трубка представляет собой вакуумный баллон, изготовленный в виде колбы, расширенной с одной стороны. Расширенное дно колбы покрыто люминофором и образует экран трубки.
Рис. 3.41
В узком конце трубки помеш;ен источник быстрых электронов — электронная пушка (рис. 3.42). Она состоит из накаливаемого оксидного катода К и трех коаксиальных цилиндров: управляюш;его электрода (сетки) М, первого анода А1 и второго анода A2.
Электроны испускаются нагретым оксидным слоем торца цилиндрического катода и проходят через отверстие в цилиндрическом управляюш;ем электроде. Управляюш;ий электрод имеет отрицательный потенциал относительно катода (-20…-70 В) и сжимает своим полем выходящий из катода электронный пучок. Изменяя этот потенциал, можно изменять количество электронов в пучке, т. е. его интенсивность.
Каждый анод состоит из дисков с небольшими отверстиями, вставленных в металлический цилиндр. Потенциал первого анода положителен относительно катода, а потенциал второго анода положителен относительно первого анода. Электрические поля между электродом М и анодом А1, а также между анодами А1 и A2, ускоряющие электроны, показаны на рисунке 3.42 при помощи эквипотенциальных поверхностей. Форма, расположение и потенциалы анодов выбраны так, чтобы наряду с ускорением электронов происходила и фокусировка электронного пучка, т. е. уменьнгение площади его поперечного сечения. На экране, в том месте, куда попадает электронный пучок (узко сфокусированный электронный пучок иногда называют электронным лучом), возникает свечение.
Рис. 3.42
После электронной пушки сфокусированный электронный пучок на пути к экрану проходит последовательно между двумя парами управляющих пластин, подобных пластинам плоского конденсатора. Если электрического поля между пластинами нет, то пучок не отклоняется и светящаяся точка располагается в центре экрана. При сообщении разности потенциалов вертикально расположенным пластинам пучок смещается в горизонтальном направлении, а при сообщении разности потенциалов горизонтальным пластинам он смещается в вертикальном направлении. Одновременное использование двух пар пластин позволяет перемещать светящуюся точку по экрану в любом направлении.
Малая масса электронов в электронном пучке обеспечивает малую инерционность электронно-лучевой трубки: электронный пучок практически мгновенно реагирует на изменение напряжения на управляющих пластинах. На этом свойстве электронных пучков основано использование электронно-лучевой трубки в электронном осциллографе* — приборе, который применяется для исследования быстропеременных процессов в электрических цепях.
В электронно-лучевой трубке, применяемой в телевизоре (так называемом кинескопе), управление электронным пучком осуществляется с помощью магнитного поля. Это поле создают катушки, надетые на горловину трубки.
Дисплей
Широкое применение имеют электронно-лучевые трубки в присоединяемых к электронно-вычислительным машинам (ЭВМ) устройствах — дисплеях. На экран дисплея, подобный экрану телевизора, поступает информация, записанная и переработанная ЭВМ. Можно непосредственно видеть текст на любом языке, графики различных процессов, изображения реальных объектов, а также воображаемые объекты, подчиняющиеся законам, записанным в программе ЭВМ.
В электронно-лучевых трубках формируются узкие электронные пучки, управляемые электрическими и магнитными полями. Эти пучки используются в осциллографах, кинескопах телевизоров, дисплеях ЭВМ.
* От лат. oscillo — качаюсь и греч. grapho — пишу.
Wiki-учебник
Поиск по сайту
Реклама от партнёров:
Электронный пучок –
это направленный поток электронов. Можно, например, получить электронный
пучок из электронной лампы. Для этого необходимо сделать в аноде отверстие.
Часть электронов ускоренных электрическим полем будут попадать в это отверстие
и создавать за анодом электронный пучок. Причем мы сожжем даже управлять
количеством электронов в этом пучке. Для этого надо будет поставить между
катодом и анодом дополнительный электрод, потенциал которого мы будем изменять.
Основные свойства электронного пучка
- При попадании пучка электронов на поверхность какого-либо
тела, он будет вызывать нагревание этого тела.
Это свойство электронных пучков широко используется для электронной
плавки сверхчистых металлов. - Получение рентгеновского излучения,
которое будет возникать при торможении
быстрых электронов. Это свойство широко используется в рентгеновских трубах и
аппаратах, сделанных на их основе. - При попадании пучка
электронов на некоторые вещества, например, стекло, они начинают светиться.
Эти материалы получили название
люминофоров. - Электронные пучки будут отклоняться электрическим полем.
Если, например, мы пустим пучок электронов между пластинами конденсатора,
электроны будут отклоняться от отрицательно заряженной пластины. - Электронный пучок отклоняется под действием магнитного поля. Если пустить пучок электронов над северным полюсом магнита,
то он отклонится в левую сторону, а если над южным – в правую сторону. Именно
поэтому полярное сияние можно наблюдать только
у полюсов Земли.
Последние три свойства электронного пучка нашли применение в
электронно-лучевой трубке.
Электронно-лучевая трубка
Общий вид и устройство электронно-лучевой трубки представлены
на следующем рисунке:
картинка
В узком краю ЭЛТ расположена электронная пушка. Она состоит
из катода и анода и является источником пучка электронов. В электронной пушке
пучок электронов разгоняется до нужной скорости. Помимо этого, в электронной трубке пучок электронов
фокусируется таким образом, чтобы площадь его поперечного сечения была почти
точечных размеров.
После того, как пучок вылетает из электронной пушки он
последовательно проходит через две пары управляющих пластин. Они способствуют
изменению направления пучка. Если на них нет разности потенциалов, то пучок будет
направлен в середину экрана. Если мы подадим напряжение на вертикально
расположенные пластины, пучок сместится в горизонтальном направлении на
некоторый угол. Если мы подадим напряжение на горизонтально расположенные пластины,
соответственно, пучок сместится в вертикальном направлении. Таким образом, используя две пары пластин, мы можем добиться смещение луча
в любую точку экрана.
В электронно-лучевых трубках, которые используются в
кинескопах телевизоров, для управления пучком используются две катушки, которые
надеваются на горловину трубки.
Нужна помощь в учебе?
Предыдущая тема: Электрический ток в вакууме: вакуумный диод
Следующая тема:   Электрический ток в жидкостях: ионная проводимость и электролиз
Все неприличные комментарии будут удаляться.
| Электрический ток в вакууме. | |
Для существования электрического тока в вакууме нужно искусственно ввести в это пространство свободные электроны (с помощью эмиссионных явлений). | |
1.Термоэлектронная эмиссия Процесс испускания электронов нагретыми металлами называется термоэлектронной эмиссией. Интенсивность термоэлектронной эмиссии зависит от площади катода, температуры нагрева металла и свойств вещества. Если кинетическая энергия электронов больше энергии связи, то происходит термоэлектронная эмиссия. |
|
2. Фотоэлектронная эмиссия (фотоэлектрический эффект, фотоэффект). Процесс испускания электронов металлами под воздействием света. Открыт Г. Герцем, исследован А. Г. Столетовым. Объяснен А. Эйнштейном. | |
3. Автоэлектронная эмиссия. Процесс испускания электронов под воздействием электрического поля. | |
Диод (двухэлектродная лампа). | |
Изобретен Т. А. Эдисоном.
Катод: в виде вертикального металлического цилиндра, покрытого слоем оксидов щелочноземельных металлов. (Позволяет увеличить долговечность катода. У таких катодов ток насыщения практически недостижим.) |
|
Вольтамперные характеристики диода С увеличением напряжения все большее количество электронов получает энергию, достаточную для того, чтобы достичь анода; ток возрастает. При некотором значении напряжения все электроны достигают анода. Ток перестает возрастать — ток насыщения. Для увеличения тока насыщения необходимо увеличить количество электронов (увеличить температуру катода). В приборах с косвенным накалом ток насыщения практически не достигается. |
|
Свойство диода Основное свойство диода: пропускает ток в одном направлении. Это свойство используется для выпрямления переменного тока. Ток существует, если на аноде — положительный потенциал, ток отсутствует, если на аноде—отрицательный потенциал |
|
Вакуумный триод. Изобретен в 1913 г. Л. де Форестом. Регулируя потенциал между катодом и сеткой можно регулировать число электронов в анодной цепи. Главная характеристика — крутизна Применения:
Из многоэлектродных ламп наиболее часто применяются пентоды, октоды, гептоды. Важное достоинство — в одном корпусе можно соединить две и более системы. |
|
Свойства электронных пучков
| |
Электронно-лучевая трубка Основной частью осциллографа и телевизора является электронно-лучевая трубка: RI — регулирует интенсивность электронного пучка (яркость); R2 — фокусирует луч на экране; К — катод (электронная пушка); С — управляющий электрод; А1 и А2 — аноды; ВП, ГП— вертикальная и горизонтальная отклоняющие пластины. |
|
В телевизионных трубках вместо отклоняющих пластин применяется электромагнитная система отклонения (катушки), работа которой основана на действии силы Лоренца | |
