У неоднорідному електричному полі

Для неоднорідних електричних полів характерна різноманітна і часто складна структура. Існує безліч несхожих один на одного неоднорідних полів, в яких напруженість від точки до точки змінюється за різними законами, а силові лінії зазвичай представляють собою криві тієї чи іншої форми. Найбільш простим є часто зустрічається в електровакуумних приладах радикальне неоднорідне поле, що утворюється між циліндричними електродами. Якщо початкова швидкість електрона, що вилетів з внутрішнього електрода, спрямована уздовж силових ліній, то електрон буде рухатися прямолінійно і прискорено по радіусу. Але в міру віддалення від внутрішнього електрода напруженість поля і сила, що діє на електрон, стає менше, а значить, зменшується і прискорення.

У більш загальному випадку неоднорідне поле має силові лінії у вигляді кривих ліній. Якщо це поле є прискореним, то електрон з початковою швидкістю v0 рухається по криволінійній траєкторії, має такий же характер кривизни, як і силові лінії. На електрон діє з боку поля сила F, спрямована під кутом до вектора власної швидкості електрона. Ця сила викривляє траєкторію електрона і збільшує його швидкість. При цьому траєкторія електрона не збігається з силовою лінією. Якби електрон не володів масою, а отже, і інерцією, то він рухався б по силової лінії. Однак електрон має масу і прагне рухатися за інерцією прямолінійно зі швидкістю, придбаної за час попереднього руху. Сила, що діє на електрон, спрямована по дотичній до силової лінії і в разі кривих силових ліній утворює деякий кут з вектором швидкості електрона. Тому траєкторія електрона викривляється, але «відстає» в цьому викривленні від силової лінії через інерцію електрона.

У разі гальмуючого неоднорідного поля з кривими силовими лініями сила, що діє на електрон з боку поля, також викривляє траєкторію електрона і змінює величину його швидкості. Але викривлення траєкторії виходить в сторону, протилежну тій, куди викривляються силові лінії, т. Е. Траєкторія електрона прагне піти від силової лінії. При цьому швидкість електрона зменшується, так як він переходить в точки з більш негативним потенціалом.

Розглянемо рух потоку електронів в неоднорідному полі, нехтуючи для простоти взаємодією електронів. Нехай електронний потік рухається в ускоряющем неоднорідному полі, яке симетрично щодо середньої прямий силовий лінії. В даному випадку в напрямку руху електронів силові лінії сходяться, т. Е. Напруженість поля зростає. Домовимося таке поле називати сходящимся.

Нехай в це поле влітає потік електронів, швидкості яких спрямовані паралельно. Траєкторії електронів викривляються в ту ж сторону, куди викривлені силові лінії. І тільки середній електрон рухається прямолінійно уздовж середньої силової лінії. В результаті електрони зближаються, т. Е. Виходить фокусування електронного потоку, що нагадує фокусування світлового потоку за допомогою збиральної лінзи. Крім того, збільшуються швидкості електронів.

Якщо силові лінії в напрямку руху електронів розходяться, то поле можна умовно назвати розходяться. У ньому електронний потік розсіюється, так як у електронів траєкторії при викривленні віддаляються один від одного. Тому що прискорює розходиться поле є для електронного потоку розсіює лінзою.

Якщо поле буде гальмує сходяться, то відбувається не фокусування, а розсіювання електронів зі зменшенням їх швидкості. І навпаки, в котрий гальмує розходиться поле виходить фокусування електронного потоку.