Номер 3, страница 394 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 118. Электрический ток в вакууме. Электронно-лучевая трубка. Глава 16. Электрический ток в различных средах - номер 3, страница 394.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Управление электронными пучками, которые представляют собой направленные потоки электронов, осуществляется с помощью электрических и магнитных полей. Поскольку электроны являются заряженными частицами с зарядом $q = -e$, их траектория изменяется под действием сил, возникающих в этих полях. Существует два основных способа управления траекторией пучка: электрический и магнитный.

Электрическое управление. Этот метод основан на использовании электрических полей для отклонения и фокусировки пучка. Отклонение (изменение направления) пучка осуществляется с помощью отклоняющей системы, которая обычно состоит из двух пар плоских параллельных пластин. Одна пара пластин располагается горизонтально для отклонения пучка в вертикальном направлении, а вторая — вертикально для отклонения в горизонтальном направлении. Когда на пластины подается напряжение, между ними создается однородное электрическое поле с напряженностью $E$. На каждый электрон в этом поле действует электрическая сила, направленная перпендикулярно его начальной скорости: $F_E = |q|E = eE$, где $e$ — элементарный заряд. Эта сила сообщает электрону поперечное ускорение, что приводит к изменению его траектории. Величина отклонения прямо пропорциональна напряжению на пластинах. Этот метод широко используется в осциллографах, так как он обеспечивает высокую скорость развертки (малую инерционность). Фокусировка пучка также может осуществляться с помощью электрических полей в так называемых электростатических линзах.

Магнитное управление. В этом методе для управления пучком используются магнитные поля. Отклоняющая система состоит из двух пар катушек (электромагнитов), расположенных вокруг траектории пучка. Одна пара катушек создает магнитное поле для горизонтального отклонения, другая — для вертикального. Когда электрон, движущийся со скоростью $\vec{v}$, попадает в магнитное поле с индукцией $\vec{B}$, на него начинает действовать сила Лоренца: $\vec{F}_B = q(\vec{v} \times \vec{B})$. Эта сила всегда перпендикулярна как скорости электрона, так и вектору магнитной индукции, в результате чего траектория электрона искривляется. Если поле перпендикулярно скорости, модуль силы равен: $F_B = evB$. Магнитное управление особенно эффективно для электронов с высокой энергией, так как сила Лоренца пропорциональна скорости частицы. Этот метод используется в электронно-лучевых трубках телевизоров, в электронных микроскопах и ускорителях заряженных частиц, где требуются большие углы отклонения. Фокусировка пучка также часто осуществляется с помощью магнитных линз.

Сравнение и применение. Выбор между электрическим и магнитным управлением зависит от конкретной задачи. Электрическое управление проще и обеспечивает более высокую частоту отклонения, но его эффективность падает с ростом энергии электронов. Магнитное управление более эффективно для высокоэнергетических пучков и позволяет получать большие углы отклонения. Основные области применения управления электронными пучками включают: электронно-лучевые трубки (в осциллографах, старых телевизорах и мониторах), электронную микроскопию (для сканирования образца), электронно-лучевую литографию (для создания микросхем), электронно-лучевую сварку и обработку материалов, а также ускорители заряженных частиц.

Ответ: Управление электронными пучками осуществляется посредством воздействия на них электрических или магнитных полей. Электрическое управление использует отклоняющие пластины, на которые подается напряжение; создаваемое электрическое поле отклоняет пучок силой $F_E = eE$. Магнитное управление использует катушки, создающие магнитное поле, которое отклоняет пучок за счет силы Лоренца $F_B = evB$. Выбор метода зависит от энергии электронов и требуемой скорости отклонения. Эти принципы используются для отклонения и фокусировки пучков в таких устройствах, как осциллографы, электронные микроскопы, телевизионные трубки и установки для электронно-лучевой обработки.