Частные уроки по физике

Явление электрического тока
Как известно, электрический ток создается направленным перемещением электрических зарядов. Передвигаться заряды могут как в проводниках, так и в пустом пространстве в высоком вакууме, а также среди беспорядочно движущихся электрически нейтральных частиц, в газах.

Характерной особенностью большинства современных электровакуумных приборов и является то, что ток в них проходит через более или менее совершенный вакуум, т. е. через пространство, в котором газ находится под давлением значительно ниже атмосферного. Носителями электрического заряда являются в этом случае обычно элементарные частички отрицательного заряда электроны. Иногда играют рель также молекулы или атомы, захватившие лишние электроны отрицательные ионы или потерявшие их положительные ионы.

В результате оказывается, что проводимость (или сопротивление) электровакуумных приборов не имеет характера проводимости (сопротивления) обычных твердых проводников, например, металлов. В то же время для понимания действия! этих приборов первое, что необходимо знать, это какова их способность проводить электрический ток, т. е. законы электропроводности вакуума и, следовательно, свойства частиц, обуславливающих эту электропроводность, электронов и ионов. При этом, поскольку электрон является элементарной частицей, а атомы и ионы составными, содержащими в себе не только электроны, прежде всего следует подробно ознакомиться со свойствами электрона.

Электрон представляет собой мельчайшую частицу отрицательного электрического заряда. Величина этого заряда измерялась много раз различными методами, и оказалось, что она остается неизменной при всех условиях. В результате .изучения движения электрона в электрических и магнитных полях в вакууме удалось определить его массу, которая оказалась зависящей от, скорости движения электрона.

Если сравнить эту величину с величиной массы атома водорода, который является наилегчайшим из всех атомов, то оказывается, что - масса электрона меньше массы атома водорода в 1 837 раз. Масса электрона остается постоянной только при малых скоростях, при возрастании же скорости электрона его масса увеличивается. Для обычных скоростей, много меньших скорости света, изменение массы совершенно незаметно. Но если скорость приближается к скорости света, то изменение массы может стать уже практически заметным.

Например, пусть "=0,9 с, тогда т. е. масса электрона при такой скорости увеличивается в два с лишним раза. Движение электрона в электрическом поле. Рассмотрим движение свободного электрона в электрическом поле. Под действием этой силы электрон испытывает ускорение или замедление, а его скорость и кинетическая энергия изменяются в соответствии с законами механики. Очевидно, что чем большую ускоряющую разность потенциалов прошел электрон, тем больше будут его кинетическая энергия и скорость в конце пути.

Можно определить численное значение скорости электрона, которую он приобретает при движении в электрическом иоле. Подставляя в уравнение значение входящих в него величин в системе CGSE, получим величину энергии в эргах. Однако, эрг единица слишком большая для измерения энергии таких малых частиц, как электрон. Поэтому принято в электронной технике и физике выражать энергию электрона в электрон-вольтах.

Из уравнения следует, что скорость электрона (как и энергия его) определяется только пройденной им разностью потенциалов, т. е. мы также можем условно определять ее вольтами пройденной разности потенциалов. При изучении движения электрона в- электрическом поле следует рассмотреть также возможность искривления траектории электрона. Предположим, что электрическое поле является однородным, т. е. напряженность его во всем пространстве одинакова по вели-, чине и направлению. Начальная скорость электрона v0 совпадает с направлением силы поля Е или направлена в прямо противоположную сторону.

При этом электрон будет двигаться прямолинейно,, равномерно ускоренно или равномерно замедленно (в зависимости от направления начальной скорости) в соответствии с уравнением. Начальное направление движения электрона перпендикулярно к направлению силовых линий поля. Под действием нормальной составляющей электрон стремится двигаться по параболе, как только что установлено. Касательная составляющая создает дополнительное смещение электрона с постоянной скоростью в направлении поля.

В результате траектория останется параболической, хотя и несколько измененной. Движение электрона в постоянном электрическом поле при v0=0 подобно свободному падению тела в поле земного тяготения, так как действующая на него сила постоянна и, следовательно, постоянно его ускорение. Кратко можно сказать, что время пролета электрона пропорционально расстоянию между электродами и обратно пропорционально корню квадратному из разности потенциалов между ними.

Движение электрона в магнитном поле. Для того чтобы определить влияние магнитного поля "а движущийся в нем электрон, следует учесть, что перемещающиеся заряды создают электрический ток, а один движущийся электрон создает элементарный ток. Чтобы определить величину элементарного тока, созданного одним электроном в проводнике, надо прежде всего обеспечить такие условия, при которых этот ток будет непрерывным. Замкнем концы .проводника друг с другом. Тогда, если скорость электрона постоянна и равна v, то он пройдет за секунду по этому проводнику путь v, циркулируя в одном направлении, и пересечет каждое сечение проводника 7 раз в секунду.

Направление силы F всегда перпендикулярно к направлению напряженности поля и к направлению тока (т. е. к направлению скорости электрона), и его можно определить по "правилу левой руки" (большой палец направление силы F; указательный направление напряженности поля Я; средний противоположно направлению скорости электрона v). Поскольку скорость, а значит и мгновенное перемещение электрона всегда перпендикулярны действующей на него в магнитном поле силе, эта сила не производит работы, и, следовательно, энергия и скорость электрона в магнитном поле не изменяются по величине со временем.


Спонсор публикации: