Для неоднородных электрических полей характерна
разнообразная и часто сложная структура. Существует множество не
похожих друг на друга неоднородных полей, в которых напряженность
от точки к точке изменяется по различным законам, а силовые линии
обычно представляют собой кривые той или иной формы. Наиболее простым
является часто встречающееся в электровакуумных приборах радикальное
неоднородное поле, образующееся между цилиндрическими электродами.
Если начальная скорость электрона, вылетевшего с поверхности внутреннего
электрода, направлена вдоль силовых линий, то электрон будет двигаться
прямолинейно и ускоренно по радиусу. Но по мере удаления от внутреннего
электрода напряженность поля и сила, действующая на электрон, становится
меньше, а значит, уменьшается и ускорение.
В более общем случае неоднородное поле имеет силовые линии в виде
кривых линий. Если это поле является ускоряющимся, то электрон с
начальной скоростью v0 движется по криволинейной траектории, имеющей
такой же характер кривизны, как и силовые линии. На электрон действует
со стороны поля сила F, направленная под углом к вектору собственной
скорости электрона. Эта сила искривляет траекторию электрона и увеличивает
его скорость. При этом траектория электрона не совпадает с силовой
линией. Если бы электрон не обладал массой, а следовательно, и инерцией,
то он двигался бы по силовой линии. Однако электрон имеет массу
и стремится двигаться по инерции прямолинейно со скоростью, приобретенной
за время предыдущего движения. Сила, действующая на электрон, направлена
по касательной к силовой линии и в случае кривых силовых линий образует
некоторый угол с вектором скорости электрона. Поэтому траектория
электрона искривляется, но «отстает» в этом искривлении от силовой
линии из-за инерции электрона.
В случае тормозящего неоднородного поля с кривыми силовыми линиями
сила, действующая на электрон со стороны поля, также искривляет
траекторию электрона и изменяет величину его скорости. Но искривление
траектории получается в сторону, противоположную той, куда искривляются
силовые линии, т. е. траектория электрона стремится удалиться от
силовой линии. При этом скорость электрона уменьшается, так как
он переходит в точки с более отрицательным потенциалом.
Рассмотрим движение потока электронов в неоднородном поле, пренебрегая
для простоты взаимодействием электронов. Пусть электронный поток
движется в ускоряющем неоднородном поле, которое симметрично относительно
средней прямой силовой линии. В данном случае в направлении движения
электронов силовые линии сходятся, т. е. напряженность поля возрастает.
Условимся такое поле называть сходящимся.
Пусть в это поле влетает поток электронов, скорости которых направлены
параллельно. Траектории электронов искривляются в ту же сторону,
куда искривлены силовые линии. И только средний электрон движется
прямолинейно вдоль средней силовой линии. В результате электроны
сближаются, т. е. получается фокусировка электронного потока, напоминающая
фокусировку светового потока с помощью собирающей линзы. Кроме того,
увеличиваются скорости электронов.
Если силовые линии в направлении движения электронов расходятся,
то поле можно условно назвать расходящимся. В нем электронный поток
рассеивается, так как у электронов траектории при искривлении удаляются
друг от друга. Поэтому ускоряющее расходящееся поле является для
электронного потока рассеивающей линзой.
Если поле будет тормозящее сходящееся, то происходит не фокусировка,
а рассеивание электронов с уменьшением их скорости. И наоборот,
в тормозящем расходящемся поле получается фокусировка электронного
потока.
|