حرکت الکترون را بین الکترودهای موازی هواپیما با فاصله D بین آنها در نظر بگیرید.
معادله لاپلاس، داشتن یک دیدگاه، پس از ادغام به معادله کاهش می یابد
جایی که شما تفاوت بالقوه بین الکترودها است.
معادله حرکت الکترون در سیستم مختصات مستطیلی به سه معادله تقسیم می شود:
در مورد مورد توجه، میدان مغناطیسی وجود ندارد، و الکتریکی دارای یک جزء ey \u003d e است. سپس سیستم معادلات ثبت می شود
فرض کنید در حال حاضر T \u003d 0، الکترون در نقطه منشاء مختصات قرار دارد و با سرعت V0 دارای اجزای در امتداد محورهای X و Y حرکت می کند و مولفه های سرعت Z صفر است. سپس ادغام منجر به معادلات می شود:
پس از دوباره ادغام دو معادله اول، ما به دست آوردن؛
ثابت های ادغام در هر دو مورد صفر هستند، زیرا در لحظه اولیه x \u003d y \u003d 0، ادغام معادله سوم به z \u003d 0 می دهد.
ما معادله مسیر الکترون را به دست می آوریم، جایگزینی:
می توان دید که جنبش در پارابول رخ می دهد (منحنی 1 در شکل 2.1) محدب به سمت بالا. تجزیه و تحلیل نشان می دهد که اوج این پارابولا مختصات است
برقراری حرکت در این مسیر، الکترون به محور X در نقطه با مختصات باز می گردد:
اگر بردار شدت به جهت مخالف (-U) ارسال شود، نشانه ای از اولین عضو از معادلات مسیر تغییر می کند
کسانی که. در این مورد، الکترون در طول مسیر 2 حرکت می کند (در شکل 2.1). این یک بخش از پارابولا، متقارن نسبت به منشاء مختصات پارابول 1 است.
\u003e حرکت الکترون در حوزه شتاب دهنده
و تصویر این رقم در فرم نشان داده شده است خطوط خاموش (خطوط تنش) یک میدان الکتریکی همگن بین دو الکترود مانند یک دیود کاتد و آند است.
اگر تفاوت بالقوه بین الکترودهای شما باشد , و فاصله بین آنها د , این قدرت میدان
برای میدان یکنواخت مقدار E.ثابت است
اجازه دهید از الکترود دارای پتانسیل پایین تر، به عنوان مثال، از کاتد به،مگس الکترونی با انرژی جنبشی W و سرعت اولیه v 0 , هدایت شده در امتداد خطوط برق میدان. این میدان حرکت الکترون را تسریع می کند. به عبارت دیگر، الکترون به الکترود با پتانسیل بالاتر جذب می شود. در این مورد، میدان نامیده می شود تسریع
قدرت میدان به صورت عددی برابر با نیروی عمل بر روی یک بار مثبت است. بنابراین، نیروی عمل بر روی الکترون است
F. \u003d او
علامت "منهای" فرض شده است زیرا نیروی F به طرف مقابل به طرف مقابل هدایت می شود E.گاهی اوقات این علامت قرار نمی دهد
تحت عمل قدرت ثابت f الکترون تسریع شده است a \u003d f / t.حرکت مستقیم، الکترون بزرگترین سرعت v را بدست می آورد و انرژی جنبشی W در پایان مسیر آن، به عنوان مثال هنگام ضربه زدن به الکترود که او پرواز می کند. بنابراین، در زمینه شتاب دهنده، انرژی الکترونی جنبشی به دلیل عملکرد میدان مغناطیسی الکترون افزایش می یابد. مطابق با قانون حفاظت از انرژی افزایش می یابد انرژی جنبشی الکترون w-w به همان اندازه، کار زمینه، که توسط کار شارژ شارژ تعیین می شود e.در تفاوت بالقوه او:
w - w 0 \u003d mv 2 / 2 - MV 0 2 / 2 \u003d اتحادیه اروپا. (4)
اگر سرعت الکترون اولیه صفر باشد، سپس
w \u003d mv 2 / 2 \u003d اتحادیه اروپا. (5)
کسانی که. انرژی الکترونی جنبشی برابر با زمینه میدان است.
فرمول (5) با برخی از تقریب ها می تواند در مورد زمانی که سرعت اولیه اعمال می شود اعمال شود v. 0 بسیاری از سرعت نهایی کمتر v،همانطور که در همان زمان
mv 0 2 /2 " mv 2 /2
اگر به طور مشروط یک بار الکترون را در هر واحد مقدار برق به دست آورد، سپس در U \u003d 1 در انرژی الکترونی در واحد انرژی به نام الکترون ولت (eV) در اغلب موارد، آن را مناسب برای بیان انرژی الکترون در الکترون ولت، و نه در Joules.
فرمول (5) نرخ الکترون نهایی را تعیین می کند
جایگزینی معانی e و tشما می توانید یک بیان مناسب برای سرعت در متر یا کیلومتر در ثانیه دریافت کنید:
بنابراین، سرعت الکترون در میدان شتاب دهنده بستگی به تفاوت در پتانسیل دارد.
انرژی اولیه الکترون مناسب است که در الکترون ولت بیان شود، به این معنی برابری
کسانی که. با توجه به اینکه این انرژی توسط یک میدان شتاب دهنده با تفاوت در پتانسیل U 0 ایجاد می شود.
سرعت های الکترون حتی با اختلاف پتانسیل کوچک قابل توجه هستند. در U \u003d 1 در سرعت 600 کیلومتر بر ثانیه و برنامه است = 100 V - در حال حاضر 6000 کیلومتر / ثانیه.
ما T. T. را پیدا خواهیم کرد الکترون بین الکترود ها، تعیین آن با سرعت متوسط:
به طور متوسط \u200b\u200bسرعت حرکت تعادل برابر با همیشود سرعت های اولیه و نهایی است:
اگر یک , که
جایگزینی مقدار سرعت پایان، ما زمان طول را در عرض چند ثانیه دریافت می کنیم:
اینجا فاصله D. بیان شده در متر، و اگر شما آن را در میلی متر بیان کنید، سپس
به عنوان مثال، زمان الکترون فاصله دارد d \u003d.3 میلی متر و تو = 100 ب
با توجه به ناهمگونی این زمینه، محاسبه زمان الکترون در دستگاه های الکترونیکی پیچیده تر است. تقریبا این بار برابر است. شما می توانید چنین زمان کوچکی از پرواز در بسیاری از موارد را در نظر بگیرید. اما هنوز، با توجه به این واقعیت که الکترونها دارای توده ای هستند، نمی توانند فورا سرعت خود را تغییر دهند و بلافاصله فاصله بین الکترودها را از بین ببرند. در فرکانس های فوق العاده و فوق العاده (صدها و هزاران مگا هرتز)، پرواز الکترون با دوره نوسان ها منطبق می شود. به عنوان مثال، در دوره F \u003d 1000 مگاهرتز t \u003d.از جانب. دستگاه متوقف می شود که نامنظم یا کم است. به عبارت دیگر، اینرسی الکترونها ظاهر می شود، که عملا بر کار در فرکانس های پایین و بالا تاثیر نمی گذارد. در این فرکانس ها، دوره نوسان، بیشتر از پرواز متغیرهای الکترون و ولتاژ بر روی الکترودها در طول پرواز، زمان لازم را برای تغییر به طور قابل توجهی ندارد، به عنوان مثال می توان فرض کرد که فاصله الکترون در ولتاژ ثابت الکترودها انجام می شود.
حالت عملیات برای ولتاژ ثابت تماس الکترود رژیم استاتیکهنگامی که ولتاژ حداقل یک الکترود به سرعت تغییر می کند، قوانین حالت استاتیک را نمی توان اعمال کرد، رژیم نامیده می شود پویا. اگر ولتاژ ها با فرکانس پایین تغییر می کنند، به طوری که پدیده ها را می توان تقریبا با کمک قوانین رژیم استاتیک در نظر گرفت، سپس رژیم نامیده می شود quasistatic
عبارات انرژی، سرعت و زمان برای هر بخش از مسیر الکترون باقی می ماند. در این مورد، مقدار W، V، T، D، Uفقط به این سایت اعمال کنید.
اگر قدرت میدان در قسمت های مختلف متفاوت باشد، الکترون با شتاب های مختلف در مناطق جداگانه پرواز می کند و نرخ الکترونی نهایی تنها با تفاوت بالقوه نهایی و سرعت اولیه آن تعیین می شود. قانون حفاظت از انرژی نشان می دهد که تفاوت نهایی پتانسیل ها توبرابر با مقدار جبری تفاوت های بالقوه بخش های فردی است. بنابراین، افزایش کامل انرژی جنبشی برابر با کار است اتحادیه اروپا
در همگن میدان الکتریکی، نیروی عمل بر روی ذرات شارژ، هر دو در اندازه و در جهت ثابت است. بنابراین، حرکت چنین ذره ای کاملا شبیه به حرکت بدن در زمینه گرانش زمین بدون توجه به مقاومت در برابر هوا است. مسیر ذرات در این مورد مسطح است، در هواپیما حاوی بردارهای روکش ذرات و قدرت میدان الکتریکی قرار دارد (شکل 486).
شکل. 486
بنابراین، برای توصیف موقعیت ذرات، دو مختصات کافی هستند. به راحتی یکی از محورهای مختصات دکارتی برای ارسال در امتداد جهت بردار قدرت میدان (سپس حرکت در امتداد این محور برابر با آن است)، و دوم عمود بر روی بردار شدت (حرکت در امتداد این محور یکنواخت است). آغاز مرجع به راحتی با موقعیت اولیه ذرات ترکیب شده است.
مثال ساده: ذرات توده ای m.شارژ الکتریکی تحمل q. حرکت می کند در یک میدان تنش الکتریکی همگن E.در لحظه اولیه، سرعت آن برابر است v O.. محور را انتخاب کنید oy به جهت بردار مخالف E.آغاز مرجع سازگار با موقعیت اولیه ذرات است (شکل 487). 
شکل. 487.
ذرات با شتاب ثابت حرکت می کنند
به طور عمودی پایین، به طوری که شرح دیگری از جنبش، با تمام ویژگی های آن را می توان از حل مشکل حرکت بدن در میدان گرانشی بدون در نظر گرفتن مقاومت در برابر هوا بازنویسی کرد.
بیایید اصل کار را توصیف کنیم دستگاه انحراف الکترواستاتیکدر تعدادی از دستگاه ها (به عنوان مثال، در برخی از انواع اسیلوسکوپ ها) استفاده می شود تا جهت حرکت جریان الکترون را تغییر دهد. پرتو الکترونی با سرعت v O.، مگس به فضای بین دو صفحه موازی در طول h.بینایی که یک میدان الکتریکی ثابت از تنش ایجاد شده است E.. در فاصله l. از صفحات یک صفحه نمایش وجود دارد که این پرتو الکترونی سقوط می کند (شکل 488). 
شکل. 488
وابستگی انحراف پرتو را از قدرت میدان متصل شده پیدا کنید.
ما سیستم مختصات دکارتی را معرفی می کنیم، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 488. هنگامی که الکترون ها بین صفحات بر روی آنها حرکت می کنند، یک نیروی ثابت وجود دارد f \u003d ee (e. - هزینه الکترون، m. - توده او)، که به او می گوید شتاب a \u003d ee / mمحور اوز. ما فرض می کنیم که طول صفحات به گونه ای است که الکترونها بر روی آن قرار نمی گیرند، علاوه بر این، ما اثرات لبه را نادیده می گیریم، یعنی ما فرض می کنیم که زمینه بین صفحات همگن است و هیچ صفحات وجود ندارد. از زمان پیش بینی قدرت الکتریکی در محور صفر است، سپس پیش بینی سرعت در این محور تغییر نمی کند و باقی می ماند v O.. در طول فاصله بین صفحات t 1 \u003d h / v o o الکترون یک جزء اضافی اضافی را که در امتداد محور هدایت می شود، به دست می آورد oy
و تغییر می کند 
پس از خروج از میدان میدان، الکترون به طور مساوی حرکت می کند، بنابراین در طول حرکت به صفحه نمایش t 2 \u003d L / V O علاوه بر این، در امتداد محور عمودی به فاصله حرکت می کند 
کل افست عمودی جریان برابر خواهد بود 
از این فرمول، این به این معنی است که جابجایی متناسب با قدرت میدان است، بنابراین، تفاوت در پتانسیل بین صفحات انحصاری. بنابراین، تغییر ولتاژ بین صفحات، شما می توانید موقعیت پرتو الکترون بر روی صفحه را تغییر دهید.
فصل 29.
حرکت اتهامات در زمینه های الکتریکی و مغناطیسی
§ 1. حرکت در زمینه های مغناطیسی الکتریکی همگن
§ 2. تجزیه و تحلیل ضربه
§ 3. لنز الکترواستاتیک
§ 4. لنز مغناطیسی
§ 5. میکروسکوپ الکترونیک
§ 6. تثبیت زمینه های شتاب دهنده
تکرارگول زدن 30 (جلد 3) "پراش".
§ 1. حرکت در زمینه های الکتریکی و مغناطیسی همگن
ما در حال حاضر به توصیف در شرایط عمومی اتهامات اتهامات در شرایط مختلف حرکت می کنیم. پدیده های جالب ترین زمانی بوجود می آیند که هزینه های زیادی حرکت می کنند و همه آنها با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. این مورد زمانی است که امواج الکترومغناطیسی از طریق یک قطعه ماده یا پلاسما عبور می کنند؛ سپس لژیون های اتهامات با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. اما این یک تصویر بسیار دشوار است. بعدها ما در مورد چنین مشکلی صحبت خواهیم کرد؛ در عین حال، ما یک وظیفه بی نظیر ساده تر در مورد حرکت یک بار جداگانه در مورد بحث خواهیم کرد مشخص شدهرشته. در عین حال، شما می توانید تمام اتهامات دیگر را نادیده بگیرید، به جز، البته، اتهامات و جریانهایی که زمینه تخمین زده می شوند.
به نظر می رسد شروع به ظهور، شما از حرکت ذرات در یک میدان الکتریکی یکنواخت نیاز دارید. جنبش در سرعت های کم، منافع زیادی را نشان نمی دهد - این به سادگی به طور مساوی در جهت میدان شتاب می گیرد. اما هنگامی که ذرات، به اندازه کافی انرژی، به نسبیت تبدیل می شود، جنبش آن پیچیده تر می شود. من به شما یک راه حل برای این حادثه را به شما می دهم - خود را ناراحت و پیدا کردن آن.
هنگامی که هیچ میدان الکتریکی وجود ندارد، جنبش را در یک میدان مغناطیسی همگن در نظر می گیریم. ما قبلا این کار را حل کرده ایم. یکی از راه حل ها حرکت ذرات در اطراف دور بود. قدرت مغناطیسی
qVx همیشه در زاویه راست به جهت حرکت عمل می کند، بنابراین مشتق شده است dp / dtعمود بر p و برابر با اندازه vp / r،جایی که R -شعاع دایره، I.E.
شکل. 29.1 حرکت ذرات در یک میدان مغناطیسی همگن.
بنابراین، شعاع مدار دایره ای برابر است
این یکی از حرکات احتمالی است. اگر ذرات متحرک تنها یک جزء را در جهت میدان داشته باشند، آن را تغییر نمی دهد، زیرا نیروی مغناطیسی جزء در جهت میدان ندارد. حرکت کل ذرات در یک میدان مغناطیسی همگن یک حرکت با سرعت ثابت در جهت B و حرکت دایره ای در زاویه راست به B، I.E.، حرکت در امتداد مارپیچ استوانه ای (شکل 29.1). شعاع هلیکس توسط برابری (29.1) با جایگزینی تعیین می شود rدر r + - جزء پالس عمود بر جهت میدان.
§ 2. تجزیه و تحلیل ضربه
یک میدان مغناطیسی همگن اغلب در "آنالایزر" یا "طیف سنج پالس" ذرات با انرژی بالا استفاده می شود. فرض کنید که در نقطه ولی(شکل 29.2 ولی)در یک میدان مغناطیسی همگن، ذرات شارژ مگس ها، و میدان مغناطیسی عمود بر هواپیما الگو است. در عین حال، هر ذره در یک مدار دایره ای پرواز می کند، شعاع آن متناسب با انگیزه آن است. اگر تمام ذرات در میدان عمود بر لبه آن پرواز کنند، آنها آن را در فاصله ای ترک می کنند h.از نقطه ولی،متناسب با انگیزه آنها r.قرار داده شده در برخی از جانبشمارنده فقط چنین ذرات را ثبت می کند که انگیزه ای که در جایی در محدوده ارزش های DR است p \u003d qbx / 2.
شکل. 29.2 پالس های اسپکترومتر 180 درجه با یک میدان مغناطیسی همگن.
a - مسیرهای ذراتاز جانب امواج مختلف؛ 6- مسیرهای ذرات در گوشه های برابر پرواز می کنند. میدان مغناطیسی عمود بر هواپیما الگو است.
البته ضروری نیست، به طوری که ذرات 180 درجه قبل از ثبت نام چرخانده شده است، اما چنین "طیف سنج 180 درجه" دارای دارایی خاص است: برای آن بسیار ضروری است که ذرات در زاویه راست به لبه وارد شوند از میدان شکل. 29.2 بنشان دادن مسیرهای سه ذره با سوارکارپالس، اما در میدان در زاویه های مختلف گنجانده شده است. شما می بینید که آنها مسیرهای مختلفی دارند، اما همه آنها میدان را بسیار نزدیک به نقطه می گذارند از جانب.در چنین مواردی، ما درباره "تمرکز" صحبت می کنیم. مزیت این روش تمرکز این است که به شما اجازه می دهد تا به یک نقطه اجازه دهید ولیاگر چه ذرات پرواز در زاویه های بزرگ، اگر چه معمولا، همانطور که از نقاشی دیده می شود، این گوشه ها تا حدودی محدود است. قطعنامه زاویه ای بزرگ معمولا به معنای ثبت نام در طول این دوره تعداد بیشتری از ذرات و کاهش است، بنابراین زمان اندازه گیری.
تغییر میدان مغناطیسی، حرکت شمارنده در امتداد محور h.یا پوشش داده شده با بسیاری از متر یک منطقه کل در امتداد محور ایکس،شما می توانید "طیف" از پرتو حادثه را اندازه گیری کنید ["طیف" پالس ها f (p)بدین معنی است که تعداد ذرات با پالس ها در فاصله بین rو (P + DP)f (p) dp برابر است] . برای مثال، این اندازه گیری ها، به عنوان مثال، در هنگام تعیین توزیع توسط انرژی در تخریب B هسته های مختلف انجام می شود.
هنوز بسیاری از انواع دیگر طیف سنج پالس وجود دارد، اما من فقط به شما در مورد یکی از آنها، مشخص شده توسط یک وضوح بسیار بزرگ فضاییگوشه. این بر اساس مدارهای مناسب در یک میدان یکنواخت است، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 29.1 تصور کنید یک سیستم مختصات استوانه ای R، Q، Z، با محور Z انتخاب شده در جهت میدان مغناطیسی. اگر ذرات از ابتدای مختصات در یک زاویه منتشر شوند
شکل. 29.3 طیف سنج با میدان محوری.
و به جهت محور Z، آن را در امتداد خط مارپیچ شرح داده شده توسط بیان حرکت می کند
پارامترهای صندوق پستی a، b k.آسان است برای بیان از طریق r، A.و مغناطیسی مغناطیسی که در.اگر برای این ضربه، اما زاویه های اولیه مختلف فاصله را به تعویق اندازد r. از محور به عنوان یک تابع z،سپس منحنی ها را مانند یک منحنی جامد در انجیر دریافت می کنیم. 29.3 (شما به یاد داشته باشید - پس از همه، این نوع طرح ریزی مسیر پیچ است.) هنگامی که زاویه بین محور و جهت اولیه عالی است، حداکثر مقدار r. این نیز عالی خواهد بود، و سرعت طولی کاهش می یابد، به طوری که مسیر تحت زوایای مختلف به دنبال جمع آوری در یک نوع تمرکز (نقطه ولیبر روی تصویر) اگر در فاصله ولیقرار دادن یک حلقه باریک، سپس ذرات پرواز در برخی از مناطق از گوشه ها می تواند از طریق سوراخ عبور و رسیدن به محور، جایی که ما یک آشکارساز طولانی را برای ثبت نام خود آماده می کنیم D.ذرات پرواز از ابتدای مختصات زیر یک گوشه، اما با یک ضربه بزرگ، پرواز در امتداد مسیر نشان داده شده توسط خط نقطه نقطه ما، و نمی تواند عبور از سوراخ ولی.بنابراین، دستگاه یک فاصله پالس کوچک را انتخاب می کند. مزیت چنین اسپکترومتر نسبت به قبلا شرح داده شده است این سوراخ a و a "شما می توانید حلقه را بسازید، به طوری که ذرات را می توان در گوشه ای نسبتا بزرگ بدن ثبت کرد. این مزیت به ویژه برای منابع ضعیف و با اندازه گیری های بسیار دقیق زمانی که لازم است از بخش بزرگی از ذرات منتشر شده توسط منبع استفاده شود، بسیار مهم است.
شکل. 29.4 در داخل کویل بیضوی، که در هر فاصله ای از محور DX جریان دارد همان، یک میدان همگن رخ می دهد.
اما برای این، مزیت باید پرداخت شود، زیرا این روش نیاز به حجم زیادی از میدان مغناطیسی همگن دارد و عملا برای ذرات با انرژی کوچک مناسب است. اگر به یاد داشته باشید، یکی از روش هایی برای تولید یک میدان همگن، سیم را بر روی حوزه باد می کند تا تراکم سطح جریان متناسب با سینوس گوشه باشد. شما می توانید ثابت کنید که همان درست است برای بیضوی از چرخش. بنابراین، اغلب چنین طیف سنجی ساخته شده است، به سادگی برنده کویل های بیضوی بر روی قاب چوبی یا آلومینیومی می شود. تنها چیزی که مورد نیاز است این است که جریان در هر فاصله ای از محور است اوه(شکل 29.4) یکسان بود.
§ 3. لنز الکترواستاتیک
ذرات تمرکز دارای برنامه های زیادی هستند. به عنوان مثال، در لوله تلویزیون، الکترونها از تمرکز کاتد بر روی صفحه نمایش در یک نقطه کوچک پرواز می کنند. این کار به منظور انتخاب الکترون های مشابه انرژی، اما پرواز در زوایای مختلف، و آنها را جمع آوری آنها را به یک نقطه کوچک. این کار شبیه به تمرکز نور با لنز است، بنابراین دستگاه هایی که چنین توابع را انجام می دهند نیز لنزها نامیده می شوند.
به عنوان مثال از لنز الکترون، شکل. 29.5. این یک لنز "الکترواستاتیک" است، که عمل آن بستگی به میدان الکتریکی بین دو الکترود مجاور دارد. کار آن را می توان با توجه به این واقعیت که آن را با یک پرتو ذرات موازی موازی انجام می شود، درک می شود. پیدا کردن به منطقه A، الکترون ها را تجربه می کنند با اجزای جانبی، که آنها را به محور فشار می دهد. در منطقه چغندر، به نظر می رسد، باید برابر با اندازه برابر، اما ضربه مخالف در نشانه، اما این نیست. تا زمانی که آنها به منطقه ب رسیدند ب , انرژی آنها را تا حدودی افزایش می دهد، و بنابراین در عبور از منطقه Boni صرف زمان کمتری
شکل. 29.5. لنز الکترواستاتیکنشان دادن خطوط برق، I.E. خطوط بردار QE.
نیروها یکسان هستند، اما زمان عمل آنها کمتر است، بنابراین انگیزه کمتر خواهد بود. یک ضربه کامل نیروی هنگام عبور از مناطق ولیو به محور استفاده می شود، بنابراین، الکترونها به یک نقطه مشترک متصل می شوند. خروج از منطقه ولتاژ بالا، ذرات دریافت فشار به سمت محور را دریافت می کنند. در منطقه با قدرت هدایت شده از محور، و در منطقه d - K.محور، اما در منطقه دوم ذرات طول می کشد، به طوری که ضربه کامل دوباره به سمت محور هدایت می شود. برای فاصله های کوچکی از محور، انگیزه کامل نیروی در طول لنز متناسب با فاصله از محور است (شما می فهمید چرا؟)، و این فقط شرایط اساسی لازم برای اطمینان از تمرکز لنزهای این نوع است.
با کمک استدلال های مشابه، می توانید اطمینان حاصل کنید که تمرکز در همه مواردی که پتانسیل در وسط الکترود نسبت به دو نفر یا مثبت یا منفی است، باید تمرکز کنید. لنزهای الکترواستاتیک این نوع معمولا در لوله های کاتدکی و برخی از میکروسکوپ های الکترونی استفاده می شود.
§ 4. لنز مغناطیسی
: درجه دیگری از لنزها وجود دارد - آنها اغلب در میکروسکوپ های الکترونیکی یافت می شوند - این لنزهای مغناطیسی هستند. به صورت مقدم، آنها در شکل نشان داده شده اند. 29.6 الکترومغناطیسی متقارن استوانه ای با قطب های بسیار تیز بسیار تیز، یک میدان مغناطیسی ناهمگن بسیار قوی را در یک منطقه کوچک ایجاد می کند. این الکترونها را از طریق این منطقه متمرکز می کند. مکانیسم تمرکز دشوار نیست. یک تصویر بزرگ از یک منطقه نزدیک به راهنمایی قطب در شکل را ببینید. 29.7 شما دو الکترون را می بینید ولیو ب , که منبع را ترک می کند s sبا برخی از زاویه در رابطه با محور. به زودی به عنوان الکترون ولیبه آغاز میدان می رسد، جزء فیلد افقی آن را در جهت رد می کند از شمااین یک سرعت جانبی را به دست می آورد و از طریق یک میدان عمودی قوی پرواز می کند، پالس نسبت به محور را دریافت می کند. سمت یکساناین حرکت توسط نیروی مغناطیسی هنگامی که الکترون می شود، برداشته می شود، بنابراین اثر نهایی، انگیزه ای است که به محور هدایت می شود، به علاوه "چرخش" نسبت به آن.
شکل. 29.6 لنز مغناطیسی
شکل. 29.7. حرکت الکترون در لنز مغناطیسی.
نیروهای مشابه بر روی ذرات وجود دارد، اما در جهت مخالف، به طوری که آن را نیز به سمت محور متفاوت است. این رقم نشان می دهد که چگونه الکترونهای واگرا در یک پرتو موازی جمع آوری می شوند. عمل چنین دستگاهی شبیه عمل لنزهای مربوط به جسم در تمرکز آن است. اگر در حال حاضر در بالا قرار دادن یک لنز دیگر، آن را دوباره الکترونها را در یک نقطه تمرکز می کند و تصویر منبع را معلوم می کند S.
§ 5. میکروسکوپ الکترونیک
شما می دانید که میکروسکوپ الکترونیکی می تواند اشیائی را که برای میکروسکوپ نوری در دسترس نیست، ببینید. در چ. 30 (جلد 3) ما در مورد محدودیت های کلی هر سیستم نوری ناشی از پراش در سوراخ لنز بحث کردیم. اگر باز شدن لنز از منبع در زاویه 2q دیده می شود (شکل 29.8)، پس از آن دو نقطه همسایه که در نزدیکی منبع قرار دارند، قابل تشخیص نیستند، اگر فاصله بین آنها باشد
شکل. 29.8 رزولوشن میکروسکوپ محدود به اندازه زاویه ای لنز نسبت به تمرکز است.
شکل. 29.9 لنزهای انحصاری کروی
به ترتیب کمتر
جایی که l -طول موج نور برای بهترین میکروسکوپ های نوری، زاویه 6 نزدیک به حد تئوری 90 درجه است، بنابراین B \u200b\u200bتقریبا برابر است l.یا حدود 5000 E.
همان محدودیت ها برای میکروسکوپ الکترونیک قابل استفاده است، اما تنها طول امواج در آن، T، E. طول موج الکترون الکترونی با انرژی 50 کیلو ولت 0.05 E است. اگر ممکن بود از یک لنز با یک لنز استفاده کنید سوراخ حدود 30 درجه، پس ما قادر به تشخیص اشیاء در 1/5 A. اتم ها در مولکول ها معمولا در فاصله 1-2 قرار می گیرند، بنابراین ممکن است عکس های مولکول ها دریافت کنید. زیست شناسی بسیار ساده تر خواهد بود؛ ما می توانیم تصویری از ساختار DNA را بگیریم. چگونه فوق العاده خواهد بود! پس از همه، تمام تحقیقات امروز در زیست شناسی مولکولی تلاش می شود تا ساختار مولکول های پیچیده آلی را تعیین کند. اگر ما توانستیم آنها را ببینیم!
اما متأسفانه، بهترین توانایی اجازه میکروسکوپ های الکترونی تنها به 20 E نزدیک می شود. و همه چیز به این دلیل که تا کنون هیچ کس موفق به ساخت یک لنز با یک درخشندگی بزرگ نشده است. تمام لنزها از "انحراف کروی" رنج می برند. این به این معنی است که: اشعه هایی که در یک زاویه بزرگ به محور می روند، و اشعه هایی نزدیک به آن در نقاط مختلف متمرکز شده اند (شکل 29.9). با کمک فن آوری های خاص، لنزها برای میکروسکوپ های نوری با انحراف کروی کوچک ناچیز ساخته شده اند، اما هنوز امکان دستیابی به لنز الکترونی، بدون انحراف کروی وجود ندارد. می توان نشان داد که برای هر لنز الکترواستاتیک یا مغناطیسی انواع توصیف شده توسط ایالات متحده، انحراف کروی اجتناب ناپذیر است. همراه با پراش، انحراف، قطعنامه میکروسکوپ های الکترونی را با ارزش مدرن خود محدود می کند.
محدودیت هایی که ما ذکر کردیم متعلق به میدان های الکتریکی و مغناطیسی نیست که تقارن محوری ندارند یا در زمان ثابت نیستند. ممکن است که در
یک روز کسی یک نوع جدید از لنزهای الکترونیکی را آزاد خواهد کرد که از انحراف ذاتی در لنزهای الکترونیکی ساده آزاد می شود. سپس شما می توانید به طور مستقیم عکس های خود را عکس بگیرید. ممکن است ترکیبات شیمیایی روزمره به سادگی مشاهده بصری بر روی محل اتم ها تجزیه و تحلیل شود، و نه در مورد رنگ برخی از نوع رسوب!
§ 6. تثبیت زمینه های شتاب دهنده
میدان های مغناطیسی در شتاب دهنده های انرژی بالا حتی به منظور حرکت ذرات در امتداد مسیر مورد نظر استفاده می شود. چنین دستگاه هایی مانند Cyclotron و Synchrotron یک ذره را به انرژی های بالا افزایش می دهند و آن را به طور مرتب از طریق یک میدان الکتریکی قوی منتقل می کنند. و در مدار آن، میدان مغناطیسی یک ذره دارد.
ما دیده ایم که مسیر ذرات در یک میدان مغناطیسی همگن در امتداد یک مدار دایره ای عبور می کند. اما این فقط برای میدان مغناطیسی کامل درست است. و تصور کنید که زمینه که دردر یک منطقه بزرگ، تنها تقریبا یکنواخت: در یک قسمت آن کمی قوی تر از دیگری است. اگر ما یک ذره را با یک پالس در چنین زمینه ای شروع کنیم r،سپس او در اطراف یک مدار دایره ای با شعاع پرواز می کند r \u003d p / qb.با این حال، در منطقه یک میدان قوی تر، شعاع انحنای کمی کمتر خواهد بود. در عین حال، مدار دیگر یک دایره بسته نخواهد بود و رانش به نظر می رسد، شبیه به آنچه که در شکل نشان داده شده است. 29.10 اگر می خواهید، می توانیم فرض کنیم که یک خطای کوچک در این زمینه منجر به فشار می شود، که یک ذره را به یک مسیر جدید تغییر می دهد. در شتاب دهنده، ذرات میلیون ها انقلاب را می سازد، بنابراین یک نوع "تمرکز شعاعی" ضروری است، که مسیرهای ذرات را در نزدیکی مدار مورد نظر قرار می دهد.
مشکل دیگری مرتبط با یک زمینه همگن این است که ذرات در همان هواپیما باقی نمی مانند. اگر آنها شروع به حرکت در یک زاویه کوچک یا یک زاویه کوچک توسط نادرستی میدان ایجاد می شوند، سپس ذرات در مسیر مارپیچی قرار می گیرند، که در نهایت آنها را بر روی قطب مغناطیسی یا سقف یا کف به آن هدایت می کند از محفظه خلاء.
شکل. 29.10 حرکت ذرات در یک زمینه کمی ناهمگن.
شکل. 29.11. حرکت شعاعی ذرات در یک میدان مغناطیسی.
ولی -از جانب یک "شیب" مثبت بزرگ؛ ب -از جانب یک "شیب کوچک" منفی؛ که در -از جانب یک "شیب بزرگ" بزرگ.
برای جلوگیری از چنین رانش عمودی، شما نیاز به برخی از دستگاه ها؛ میدان مغناطیسی باید فوکوس شعاعی و "عمودی" را فراهم کند.
بلافاصله می توانید حدس بزنید که تمرکز شعاعی یک میدان مغناطیسی ایجاد شده را فراهم می کند که با افزایش فاصله از مرکز مسیر طراحی شده افزایش می یابد. سپس، اگر ذرات به شعاع بزرگتر برسد، در یک میدان قوی تر خواهد بود که آن را به مدار مورد نظر بازگرداند. اگر آن را به شعاع کوچکتر می رود، سپس "خم شدن" کمتر خواهد بود و به شعاع مورد نظر بازگردانده می شود. اگر ذرات ناگهان شروع به حرکت به یک زاویه به یک مدار ایده آل، آن را شروع به نوسان نسبت به آن (شکل 29.and، ولی)و تمرکز شعاعی ذرات را در نزدیکی مسیر دایره ای نگه می دارد.
در واقع تمرکز شعاعی حتی در رخ می دهد مخالف"شیب". این ممکن است در مواردی رخ دهد که شعاع انحنای مسیر، سریعتر از فاصله ذرات از مرکز میدان افزایش می یابد. مدار ذرات شبیه به آنهایی است که در شکل نشان داده شده است. 29.11.6 اما اگر شیب این زمینه بیش از حد بزرگ باشد، ذرات به شعاع مورد نظر بازگشت نخواهند کرد و بر روی اسپری قرار می گیرند تا میدان را در داخل یا بیرون ترک کنند (شکل 29.11، که در).
زمینه های "شیب" ما معمولا یک "شیب نسبی" را توصیف می کنیم یا فهرست میدان N.
فیلد راهنمای ایجاد فوکوس شعاعی را ایجاد می کند، اگر گرادیان نسبی بیشتر باشد.
گرادیان شعاعی میدان نیز منجر خواهد شد عمودینیروها بر روی یک ذره عمل می کنند. فرض کنید ما یک میدان داریم که در نزدیکی مرکز مدار قوی تر است و خارج از آن ضعیف تر است. مقطع عمودی مغناطیسی در زاویه راست به مدار ممکن است چنین نگاهی داشته باشد، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 29.12 (و پروتون ها به ما از صفحه پرواز می کنند.) اگر ما به زمینه نیاز داریم تا به سمت چپ قوی تر شود و به سمت راست قوی تر شود، خطوط برق مغناطیسی باید پیچیده شوند، همانطور که در شکل نشان داده شده است. واقعیت این است که باید از قانون برابری صفر صفر در خالی دیده شود
تانک اگر سیستم مختصات نشان داده شده در شکل را انتخاب کنید، سپس
شکل. 29.12 زمینه تمرکز عمودی
منظر مقطعی عمود بر مدار.
از آنجا که ما فرض می کنیم dv z. / dhمنفی، باید برابر با او و منفی باشد dv h. / DZ اگر یکهواپیما "اسمی" مدارها هواپیما تقارن است، جایی که که در h. =0, این جزء شعاعی که در h. این منفی در بالای هواپیما و مثبت تحت آن خواهد بود. در این مورد، خطوط باید پیچیده شوند، همانطور که در شکل نشان داده شده است.
این فیلد باید دارای خواص عمودی تمرکز کند. تصور کنید یک پروتون پرواز بیشتر یا کمتر موازی با مدار مرکزی، اما بالاتر از آن. جزء افقی در یک پروتون با نیروی نیرویی عمل می کند. اگر پروتون زیر مدار مرکزی باشد، نیرو مسیر آن را تغییر خواهد داد. بنابراین، "نیروی بازگردانی" موثر، به سمت مرکز مدار هدایت می شود. از استدلال ما این به نظر می رسد که، موضوع کاهش می یابد عمودیزمینه های با شعاع افزایش باید تمرکز عمودی باشد. با این حال، اگر گرادیان میدان مثبت باشد، پس از آن "defocus vertical" رخ می دهد. بنابراین، برای تمرکز عمودی، شاخص فیلد کمتر از صفر نیست. در بالا ما متوجه شدیم که برای تمرکز شعاعی، ارزش تبدیل شدن به بیشتر -1. ترکیبی از این دو شرایط نیاز به نگه داشتن ذرات در مدارهای پایدار به
در cyclotrons، مقدار n معمولا استفاده می شود , تقریبا برابر با صفر، و در باتاترون ها و synchrotrons مقدار معمول n \u003d -0.6 است.
§ 7. تمرکز با یک گرادیان متناوب
بنابراین مقادیر کوچک تمرکز بسیار ضعیف هستند. واضح است که تمرکز شعاعی بسیار بیشتر می تواند برای یک گرادیان مثبت بزرگ به دست آید. (n \u003e\u003e 1)،اما در عین حال، نیروهای عمودی به شدت از بین می روند. به طور مشابه، یک شیب بزرگ منفی (NB و اثر تمرکز.
توضیح دهید که چگونه کار می کند چنین تمرکزما ابتدا عمل یک لنز چهارگانه را تجزیه و تحلیل می کنیم که بر اساس همان اصل تنظیم شده است. تصور کنید که میدان مغناطیسی نشان داده شده در شکل. 29.12، یک میدان مغناطیسی منفی همگن اضافه شد، که انتخاب شده است به طوری که میدان در مدار صفر است. فیلد حاصل از جبران خسارت کم از نقطه خنثی شبیه به شکل نشان داده شده است. 29.13 چنین مغناطیسی چهار قطبی لنز چهارگانه نامیده می شود. یک ذره مثبت که وارد می شود (از خواننده) به سمت راست یا به سمت چپ مرکز، دوباره به مرکز متصل می شود. اگر ذرات از بالا یا از پایین از مرکز خارج شوند، پس از آن از بین بردناز او این یک لنز فوکوس افقی است. اگر شما در حال حاضر به گرادیان افقی برسید، که می تواند توسط انواع مختلفی از قطب ها به صورت مخالف انجام شود، علامت تمام نیروها به طرف مقابل تغییر می کنند و ما یک لنز با تمرکز عمودی را دریافت می کنیم (شکل 29.14). قدرت میدان در چنین لنزها، و در نتیجه، نیروی تمرکز به صورت خطی با حذف لنز از محور افزایش می یابد.
تصور کنید که ما دو لنز را در یک ردیف قرار داده ایم. اگر ذرات با برخی از جابجایی افقی نسبت به محور گنجانده شود (شکل 29.15، ولی)،این به سمت محور لنز اول منحرف خواهد شد. هنگامی که آن را برای لنز دوم مناسب است، به نظر می رسد نزدیک تر به محور، جایی که نیروی خروجی کمتر است، بنابراین انحراف از محور کمتر خواهد بود.
شکل. 29.13 لنز چهارگوش فوکوس افقی.
شکل. 29.14 به طور عمودی لنز چهارگانه تمرکز دارد.
در نتیجه، یک شیب به محور وجود خواهد داشت، به عنوان مثال میانگیناقدام آنها فوکوس افقی خواهد بود. از سوی دیگر، اگر ما یک ذره ای را که از محور در جهت عمودی جدا می شود، مانند آن، همانطور که در شکل نشان داده شده است، از بین ببریم. 29.15 بذرات اولین بار تخریب می شوند از محور، وسپس او به لنز دوم را با جابجایی بزرگ وارد می کند، که اثر قدرت بیشتری را تجربه می کند و منجر به انحراف به محور می شود. به طور کلی، اثر دوباره تمرکز خواهد کرد. بنابراین، عمل یک جفت لنز چهارگانه که به طور مستقل در جهت افقی و عمودی عمل می کنند بسیار شبیه به عمل یک لنز نوری است. لنزهای چهارگانه برای تشکیل یک پرتو ذرات استفاده می شود و کنترل آن را در دقت و همچنین لنزهای نوری برای پرتو نور استفاده می شود.
لازم به ذکر است که سیستم متغیر گرادیان همیشه منجر به تمرکز نمی شود. اگر گرادیان بیش از حد بزرگ باشد (در مقایسه با پالس ذرات یا فاصله بین لنزها)، پس از آن اقدام به دست می آید. شما متوجه خواهید شد که چگونه معلوم می شود اگر تصور کنید فضای بین دو لنز در شکل. 29.15 افزایش یافته است سه یا چهار بار.
و اکنون به مگنت راهنمای Synchrotron بروید. می توان در نظر داشت که این شامل یک توالی متناوب از لنزهای مثبت و "منفی" با یک میدان همگن قرار می گیرد. زمینه همگن برای نگه داشتن ذرات به طور متوسط \u200b\u200bدر دایره افقی مورد استفاده قرار می گیرد (آن را بر حرکت عمودی تاثیر نمی گذارد)، و متغیر لنز در هر ذره ای که تلاش می کند از راه خلاص شدن از راه استفاده کند، آن را تمام وقت به مدار مرکزی فشار می دهد (به طور متوسط).
یک آنالوگ مکانیکی بسیار خوبی وجود دارد که نشان می دهد که نیروی متغیر "تمرکز و انحراف" می تواند به اثر "تمرکز" منجر شود. تصور کنید که "پاندول مکانیکی" متشکل از یک میله جامد با یک لودر به حالت تعلیق در محور، که با کمک یک میل لنگ مرتبط با موتور، می تواند به سرعت باشد
شکل. 29.15 افقی و عمودی تمرکز با یک جفت لنز چهارگوشه.
شکل. 29.16 آونگ با یک محور نوسان دارای موقعیت پایدار با وزن های واقع در بالای صفحه است.
بثورات بالا و پایین این پاندول دارد دوموقعیت تعادل علاوه بر موقعیت طبیعی، زمانی که آونگ آویزان است، او هنوز هم موقعیت تعادل را هنگامی که او از بین می رود، - Georgic واقع شده است بر فرازنقطه حمایت (شکل 29.16).
استدلال های ساده نشان می دهد که حرکت عمودی میله معادل متغیر نیروی تمرکز است. هنگامی که میله تسریع می کند، گرجستان به دنبال حرکت به سمت عمودی است، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 29.17، و هنگامی که گرجی تسریع شده است، همه چیز در جهت معکوس اتفاق می افتد. اما با وجود این واقعیت که قدرت در تمام طول زمان مسیر خود را تغییر می دهد، به طور متوسط \u200b\u200bآن را به عمودی عمل می کند. بنابراین، آونگ در آنجا حرکت می کند و در اینجا در نزدیکی موقعیت خنثی قرار می گیرد، که دقیقا مخالف آن است.
البته، یک راه ساده برای نگه داشتن پاندول "به سمت بالا" وجود دارد - به عنوان مثال تعادلانگشت او اما سعی کنید آن را حفظ کنید دو مستقلپندولیست در یک انگشتیا حتی یکی، اما با چشمان بسته. تعادل به معنی اصلاحات کوچک به آنچه اشتباه است. و اگر چند پارامتر به طور همزمان نادرست باشد، در اغلب موارد، تعادل غیرممکن است. با این حال، در Synchrotron در مدار، میلیاردها ذرات در همان زمان حرکت می کنند، هر کدام از آنها "خطا" خود را دارد، و با این حال، روش تمرکز شده توسط ایالات متحده بلافاصله به تمام این ذرات عمل می کند.
شکل. 29.17. شتاب محور پاندول پایین
منجر به حرکت آن به سمت عمودی می شود.
§ 8. حرکت در میدان های الکتریکی و مغناطیسی عبور شده است
تا کنون، ما در مورد ذرات که فقط الکتریکی یا فقط در یک میدان مغناطیسی صحبت می کنیم صحبت کردیم. اما اثرات جالبی وجود دارد که با عمل همزمان هر دو زمینه رخ می دهد. اجازه دهید ما یک میدان مغناطیسی همگن ب ب داشته باشیم و به آن در یک میدان الکتریکی زاویه راست هدایت می شود. سپس ذرات پروازی عمود بر میدان در داخل منحنی شبیه به آنچه که در شکل نشان داده شده اند حرکت می کنند. 29.18 (آی تی تختمنحنی، A. نهمارپیچ) به صورت کیفی این جنبش درک آن دشوار نیست. اگر ذره (که ما مثبت را در نظر می گیریم) حرکت می کند در جهت میدان E، سپس سرعت آن را به دست می آورد، و میدان مغناطیسی آن را کمتر خم می کند. و هنگامی که ذرات در برابر میدان حرکت می کنند، سرعت را از دست می دهد و به تدریج بیشتر و بیشتر به میدان مغناطیسی خم می شود. در نتیجه، رانش در جهت به دست می آید (EX).
ما می توانیم نشان دهیم که چنین جنبشی اساسا یک حرکت حرکت یکنواخت در سرعت است v. d. \u003d E / Bو دایره ای، I.E. در شکل. 29.18 به سادگی سیکلوئیدی را نشان می دهد. تصور کنید یک ناظر که به سرعت ثابت به سمت راست حرکت می کند. در سیستم مرجع آن، میدان مغناطیسی ما به یک میدان مغناطیسی جدید تبدیل می شود. یک مثبتمیدان الکتریکی به سمت پایین. اگر سرعت آن انتخاب شود، به طوری که کل میدان الکتریکی برابر با صفر است، ناظر الکترون را در اطراف دایره حرکت می دهد. بنابراین، حرکت آن ماما می بینیم، آن را یک حرکت دایره ای به همراه انتقال با سرعت رانش خواهد بود v. d. \u003d E / B.حرکت الکترونها در میدان های الکتریکی و مغناطیسی متقاطع، منگنتیونوف، I.E. اسیلاتورها در تولید تابش مایکروویو استفاده می شود.
هنوز هم بسیاری از نمونه های جالب دیگری از حرکت ذرات در میدان های الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد، مانند مدارهای الکترونها یا پروتون ها در کمربندهای تابش در استراتوسفر بالا، اما متأسفانه، ما زمان کافی برای شرکت در این مسائل نداریم اکنون.
شکل. 29.18 مسیر ذرات در میدان های الکتریکی و مغناطیسی عبور شده است.
qV X در همیشه در زاویه راست به جهت حرکت عمل می کند، به طوری که مشتق DP / DT عمود بر P است و برابر با ارزش VP / R است، جایی که R شعاع دایره ای است، I.E.
46. ترافیک شارژ الکتریکی در یک میدان مغناطیسی ثابت و همگن.
47. جنبش شارژ الکتریکی در میدان های الکتریکی و مغناطیسی متقاطع.
48. میدان مغناطیسی در ماده. نفوذپذیری مغناطیسی محیط. نمودارها و فرومغناطیس. قدرت میدان مغناطیسی.
49. پدیده القاء الکترومغناطیسی. قانون القاء الکترومغناطیسی. حکومت لنزا
پدیده القاء الکترومغناطیسی در سال 1831 افتتاح شد. مایکل فارادی (فارادی M.، 1791-1867)، که در هنگام تغییر جریان القایی مغناطیسی از طریق سطح محدود شده توسط این مدار، در هر مدار الکتریکی بسته شده، ایجاد کرد که جریان الکتریکی را از بین می برد، جریان الکتریکی رخ می دهد. مقدار جریان القایی به روش مبنی بر اینکه تغییر در جریان القاء مغناطیسی ایجاد می شود، بستگی دارد، اما با سرعت تغییر آن تعیین می شود، یعنی ارزش. هنگامی که علامت تغییر می کند، جهت جریان القایی نیز تغییر می کند.
Ehlenz (1804-1865) قانون را تعیین می کند که بر اساس آن جریان القایی در مدار همیشه به گونه ای هدایت می شود که شار مغناطیسی ایجاد شده توسط آن از طریق سطح محدود شده توسط کانتور، تمایل به جلوگیری از این تغییر در شار مغناطیسی است این باعث ظهور این جریان شد.
برای ایجاد جریان در یک مدار بسته، لازم است یک نیروی الکترومغناطیسی داشته باشید. پدیده القاء الکترومغناطیسی نشان می دهد که هنگام تغییر شار مغناطیسی در مدار رخ می دهد القاء EMF εi، اندازه و جهت آن بستگی به میزان تغییر این جریان دارد. پس از تجزیه و تحلیل نتایج آزمایشات فرادی، ماکسول (ماکسول J.، 1831-1879) قانون اصلی القای الکترومغناطیسی را به نمایش گذاشت.
علامت "-" در این فرمول مربوط به حاکم Lenz است و به این معنی است که جهت EMF εi و جهت تغییرات در جریان القاء مغناطیسی توسط قاعده پیچ چپ متصل می شوند. ما تاکید می کنیم که صحبت از "جهت" مقادیر اسکالر ΕI و شما باید این اصطلاح را به همان معنی درک کنید که به عنوان مثال، در مفهوم جهت فعلی سرمایه گذاری می شود.
جریان القاء میدان مغناطیسی از طریق Surface S، مدار پایه محدود توسط عبارت تعیین می شود:
واحد اندازه گیری جریان القایی مغناطیسی در C Weber: 1B \u003d T ∙ M2 است. با نرخ تغییر جریان القایی، برابر با 1b / s، EDC در مدار برابر با 1b ایجاد می شود.
جایگزینی بیان برای قانون فارادی، ما خواهیم داشت:
دیده می شود که ظهور EMF القاء و، بر این اساس، جریان القایی در یک مدار هدایت می تواند به هر دو دو دلیل ایجاد شود: 1) در یک مدار ثابت - به دلیل تغییرات در زمان القای میدان مغناطیسی ( شکل 14.1)؛ 2) در یک هادی متحرک - با توجه به تقاطع خطوط برق میدان مغناطیسی (شکل 14.2).
شکل 14.1 وقوع جریان القایی در یک مدار ثابت ثابت.
شکل 14.2 وقوع جریان القایی در یک هادی متحرک.
50. خود القایی EMF ( نیروی محرکه برقی) خود القاء القاء
خود القاء - ظهور القاء EMF در یک مدار رسانا بسته زمانی که جریان از طریق کانتور تغییر می کند.
هنگامی که تغییرات فعلی، شار مغناطیسی از طریق سطح محدود به این مدار در مدار تغییر می کند. تغییر در این شار مغناطیسی، به موجب قانون القاء الکترومغناطیسی، منجر به شروع در این مدار EMF می شود.
این پدیده خود القای خود را نامیده می شود. (این مفهوم به مفهوم القاء متقابل شناخته شده است، به عنوان مثال خصوصی آن).
جهت EMF خودمحور همیشه به نظر می رسد به این معنی است که، با افزایش جریان در زنجیره EMF، خود القایی مانع از این افزایش (هدایت در برابر جریان)، و هنگام کاهش جریان - نزولی (پوشش داده شده با جریان). این ویژگی EMF خود القاء شبیه به قدرت inertia است.
مقدار EMF خود القایی متناسب با سرعت تغییر جریان است:
ضریب تناسب نسبت به ضریب القایی خود یا القایی کانتور (کویل) نامیده می شود.
خود القایی
هر هادی که برای جریان El.TOK جریان دارد، در میدان مغناطیسی خود قرار دارد.
هنگامی که تغییر جاری در هادی M. Pole، I.E. شار مغناطیسی ایجاد شده توسط این تغییرات جاری. تغییر در شار مغناطیسی منجر به وقوع ایمیل گرداب می شود و در مدار به نظر می رسد القاء.
این پدیده خود القای خود را نامیده می شود.
خود القاء - پدیده وقوع القاء EMF در یک ایمیل به عنوان یک نتیجه از تغییر در نیروی فعلی است.
EMF در حال ظهور EMF خود القاء است
تظاهرات پدیده خود القاء
زنجیره مدار
هنگام بسته شدن در ایمیل، افزایش فعلی، که باعث افزایش شار مغناطیسی در کویل می شود، یک ایمیل گرداب به نظر می رسد، به نظر می رسد، در برابر جریان، I.E. در کویل، EMF های خود القایی رخ می دهد، که مانع افزایش جریان در زنجیره می شود (میدان گردابی الکترونها را کاهش می دهد).
به عنوان یک نتیجه، L1 بعد از L2 روشن می شود.
زنجیر تار
هنگامی که یک عرشه ایمیل کاهش می یابد، کاهش M.Potok در کویل به وجود می آید، ایمیل Vortex به نظر می رسد، به عنوان جریان (تلاش برای حفظ قدرت فعلی سابق)، به عنوان مثال در کویل یک EMF خود القایی وجود دارد که جریان را در زنجیره حفظ می کند.
به عنوان یک نتیجه، هنگامی که آن را روشن خاموش می شود.
در مهندسی برق، پدیده خود القای خود را زمانی که زنجیره ای بسته می شود، ظاهر می شود (ایمیل به تدریج افزایش می یابد) و هنگامی که مدار تار شده است (ایمیل ناپدید نمی شود).
القاء
EMD خود القاء بستگی دارد؟
ال. آیا میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کند. جریان مغناطیسی از طریق کانتور متناسب با القاء میدان مغناطیسی (f ~ b)، القاء متناسب با قدرت فعلی در هادی است
بنابراین، جریان مغناطیسی متناسب با قدرت فعلی (F ~ I) است.
EMF خود القایی بستگی به میزان تغییر جریان در ایمیل، از خواص هادی است
(اندازه ها و شکل ها) و بر نفوذ پذیری نسبی مغناطیسی محیطی که در آن هادی قرار دارد.
مقدار فیزیکی نشان دهنده وابستگی EMF خود القاء از اندازه و شکل هادی و بر روی محیطی است که در آن هادی، ضریب الکلی خود یا القایی نامیده می شود.
Inductance - Phys. مقدار به صورت عددی برابر با EMF خود القایی است که در مدار رخ می دهد، زمانی که جریان به 1 در هر ثانیه تغییر می کند.
جایی که F جریان مغناطیسی از طریق کانتور است، من قدرت فعلی در مدار است.
واحد القاء در سیستم SI:
القاء کویل بستگی دارد:
تعداد نوبت ها، اندازه ها و شکل های کویل و از نفوذ پذیری مغناطیسی نسبی متوسط
(شمع امکان پذیر است).
EMF خود القایی
EMF خود القاء مانع از افزایش نیروی فعلی هنگامی که مدار روشن می شود و جریان را برای مدار زنجیره کاهش می دهد.
51. انرژی و تراکم میدان مغناطیسی.
هادی، با جریان الکتریکی جریان در امتداد آن، همیشه توسط یک میدان مغناطیسی احاطه شده است، و میدان مغناطیسی ناپدید می شود و به همراه ناپدید شدن و ظاهر فعلی ظاهر می شود. میدان مغناطیسی، مانند الکتریکی، حامل انرژی است. منطقی است فرض کنیم که انرژی میدان مغناطیسی هماهنگ با کار صرف جریان برای ایجاد این زمینه است.
مدار الکتریکی L را در نظر بگیرید، با توجه به اینکه جریان فعلی جریان دارد. شار مغناطیسی f \u003d li با این مدار ارتباط برقرار می کند، از آنجایی که القاء کانتور بدون تغییر است، پس از تغییرات فعلی در DI، شار مغناطیسی تغییر می کند به df \u003d ldi. اما برای تغییر شار مغناطیسی با مقدار DF، شما باید عملیات DA \u003d IDF \u003d LIDI را انجام دهید. سپس بر روی ایجاد یک شار مغناطیسی F برابر است
بنابراین، انرژی میدان مغناطیسی، که با کانتور همراه است،
انرژی میدان مغناطیسی را می توان به عنوان یک تابع از مقادیر که این زمینه را در فضای اطراف مشخص می کند، در نظر گرفته شود. برای انجام این کار، یک مورد خاص را در نظر بگیرید - یک میدان مغناطیسی همگن در داخل یک solenoid طولانی. جایگزینی در فرمول (1) فرمول القاء سلونید، ما پیدا خواهیم کرد
از آنجا که I \u003d BL / (μ0μn) و b \u003d μ0μH، سپس
(2)
جایی که SL \u003d v حجم Solenoid است.
میدان مغناطیسی داخل solenoid یکنواخت است و در داخل آن متمرکز شده است، بنابراین انرژی (2) در حجم Solenoid به دست می آید و دارای توزیع همگن با تراکم حجمی ثابت با آن است.
فرمول (3) برای تراکم انرژی فله میدان مغناطیسی شبیه به بیان چگالی انرژی فله است میدان الکترواستاتیکبا تفاوت که ارزش های الکتریکی جایگزین مغناطیسی فرمول (3) برای یک میدان همگن نشان داده شده است، اما برای زمینه های ناهمگن درست است. فرمول (3) فقط برای رسانه ها معتبر است که وابستگی خطی از H، I.E. این فقط به para- و diamagnets اعمال می شود.
52. معادله سیستم ماکسول برای میدان الکترومغناطیسی. جریان تغییر
معادلات ماکسول - سیستم معادلات دیفرانسیلتوصیف میدان الکترومغناطیسی و ارتباط آن با اتهامات الکتریکی و جریان در خلاء و رسانه های جامد. همراه با بیان برای قدرت فرم Lorentz سیستم کامل معادلات الکترودینامیک کلاسیک. معادلات فرموله شده توسط جیمز کارمند ماکسول بر اساس نتایج تجربی که تا اواسط قرن نوزدهم انباشته شده است، نقش کلیدی در توسعه جنبه های فیزیک نظری ایفا کرد و دارای تأثیر قوی، اغلب قاطع، نه تنها در تمام زمینه های فیزیک به طور مستقیم به الکترومغناطیس مربوط می شود، اما همچنین برای بسیاری از نظریه های اساسی مرتبط با آن، موضوع آن را به الکترومغناطیس افزایش نیافته است (یکی از درخشان ترین نمونه هایی که می تواند خدمت کند نظریه ویژه نسبیت
تئوری ماکسول بر اساس چهار معادله در نظر گرفته شده است:
1. میدان الکتریکی می تواند هر دو بالقوه (EQ) و vortex (EB) باشد، بنابراین شدت کل فیلد E \u003d EQ + EB. از آنجا که گردش بردار EQ صفر است (نگاه کنید به (137.3))، و گردش بردار EB توسط بیان (137.2) تعیین می شود، گردش تنش کل میدان
این معادله نشان می دهد که منابع میدان الکتریکی نمی توانند نه تنها هزینه های الکتریکی، بلکه همچنین میدان مغناطیسی را تغییر دهند.
2. قضیه توزیع بردار عمومی
این معادله نشان می دهد که میدان مغناطیسی می تواند توسط هر دو اتهام حرکت (جریانهای الکتریکی) یا میدان های متغیری الکتریکی هیجان زده شود.
3. قضیه گاوسی برای زمینه د
اگر شارژ در داخل سطح بسته به طور مداوم با تراکم فله R توزیع شود، فرمول (139.1) به عنوان ثبت شده است
4. قضیه گاوسی برای زمینه
بنابراین، سیستم کامل معادلات ماکسول در فرم انتگرال:
مقادیر موجود در معادلات ماکسول مستقل نیستند و بین آنها ارتباط زیر وجود دارد (محیط های غیر فرورمی و غیر فرومغناطیسی ایزوتروپیک):
جایی که E0 و M0 به ترتیب الکتریکی و مغناطیسی ثابت، E و M به ترتیب به ترتیب، نفوذپذیری دی الکتریک و مغناطیسی، G، هدایت خاص ماده است.
از معادلات ماکسول، به این معنی است که هزینه های الکتریکی یا میدان مغناطیسی تغییر در زمان می تواند منابع باشد، و میدان مغناطیسی می تواند با استفاده از هزینه های الکتریکی متحرک (جریان های الکتریکی) یا میدان های متغیری الکتریکی، هیجان زده شود. معادلات ماکسول در مورد میدان های الکتریکی و مغناطیسی متقارن نیستند. این به خاطر این واقعیت است که در طبیعت اتهامات الکتریکی وجود دارد، اما اتهامات مغناطیسی وجود ندارد.
برای زمینه های ثابت (e \u003d const and b \u003d const) معادلات ماکسول یک دیدگاه را می گیرند
کسانی که. منابع میدان الکتریکی در این مورد تنها اتهامات الکتریکی، منابع جریان هدایت مغناطیسی تنها هستند. در این مورد، میدان های الکتریکی و مغناطیسی مستقل از یکدیگر هستند که اجازه می دهد تا به طور جداگانه میدان های الکتریکی و مغناطیسی را مطالعه کنند.
با استفاده از تئوری های استوکس و گاوس که از تجزیه و تحلیل بردار شناخته شده است
شما می توانید سیستم کامل معادله ماکسول را در فرم دیفرانسیل ارائه کنید (مشخص کردن میدان در هر نقطه از فضا):
اگر اتهامات و جریانها به طور مداوم در فضا توزیع شوند، هر دو شکل معادلات ماکسول یکپارچه و دیفرانسیل هستند. با این حال، اگر سطوح شکستن وجود داشته باشد - سطوح که خواص رسانه ها یا زمینه ها اسکن می شوند، فرم انتگرال معادلات عمومی تر است.
معادلات ماکسول در فرم دیفرانسیل فرض می کنند که تمام ارزش ها در فضا و زمان به طور مداوم تغییر می کنند. به منظور دستیابی به همبستگی ریاضی هر دو شکل معادلات ماکسول، فرم دیفرانسیل با شرایط مرزی تکمیل می شود، که باید میدان الکترومغناطیسی را در مرز بخش دو محیط برآورده کند. فرم انتگرال معادلات ماکسول شامل این شرایط هستند. آنها قبلا مورد بررسی قرار گرفتند:
(معادله اول و آخر مربوط به مواردی است که هیچ اتهام آزاد در مرز بخش، هیچ جریان هدایت وجود ندارد).
معادلات ماکسول شایع ترین معادلات میدان های الکتریکی و مغناطیسی در رسانه های استراحت هستند. آنها در تدریس در مورد الکترومغناطیس نقش مشابهی به عنوان قوانین نیوتن در مکانیک بازی می کنند. از معادلات ماکسول به این معنی است که میدان مغناطیسی متناوب همیشه با یک میدان الکتریکی تولید شده توسط آن همراه است و میدان الکتریکی متغیر همیشه با مغناطیسی تولید شده توسط آن همراه است، یعنی میدان های الکتریکی و مغناطیسی به طور جداگانه با یکدیگر ارتباط دارند - آنها یک میدان الکترومغناطیسی تک تشکیل می دهند.
نظریه ماکسول، تعمیم قوانین اساسی پدیده های الکتریکی و مغناطیسی، نه تنها قادر به توضیح واقعیت های تجربی شناخته شده بود که نتیجه مهمی نیز است، بلکه پدیده های جدید پیش بینی شده است. یکی از نتایج مهم این نظریه، وجود یک میدان مغناطیسی جریانهای جابجایی بود که به ماکسول اجازه داد تا وجود امواج الکترومغناطیسی را پیش بینی کند - یک میدان الکترومغناطیسی متناوب در فضا با مهلت تعیین شده است. در آینده، ثابت شد که میزان انتشار میدان الکترومغناطیسی آزاد (مربوط به اتهامات و جریانات) در Vacuo برابر با سرعت نور C \u003d 3 × 108 m / s است. این نتیجه گیری و مطالعه نظری خواص امواج الکترومغناطیسی منجر به ایجاد ماکسول به خلقت شد نظریه الکترومغناطیسی چراغ بر اساس آن نور نیز امواج الکترومغناطیسی است. امواج الکترومغناطیسی بر روی تجربه توسط فیزیکدان آلمانی به دست آمد. Herz (1857-1894)، که ثابت کرده است که قوانین تحریک و توزیع آنها به طور کامل توسط معادلات ماکسول شرح داده شده است. بنابراین، نظریه ماکسول به صورت آزمایشی تایید شد.
جریان تغییر. هنگام ساخت تئوری میدان الکترومغناطیسی، JK Maxwell این فرضیه را تحت فشار قرار داد (پس از آن بر روی تجربه تایید کرد) که میدان مغناطیسی نه تنها توسط حرکت اتهامات (جریان هدایت، و یا به سادگی جریان) ایجاد می شود، بلکه هر گونه تغییر در زمان میدان الکتریکی. ارزش برابر با نرخ تغییر در زمان (t) القاء الکتریکی D (دقیق تر، مقدار
(D / T) / 4P)، ماکسول به نام جریان شیب نامیده می شود. میدان مغناطیسی گرداب تعیین شده است جریان کامل J \u003d JPR + (D / T) / 4P، جایی که JPR تراکم جریان هدایت است. جریان تعصب یک میدان مغناطیسی را با همان قانون به عنوان جریان هدایت ایجاد می کند، و نام "جریان" برای مقدار (D / T) / 4P همراه با آن است.
اگر میدان مغناطیسی متناوب میدان الکتریکی ایجاد کند، منطقی است که فرضیه و روند معکوس را فرض کنیم: میدان الکتریکی تغییر میدان مغناطیسی را تولید می کند. چنین پدیده ای واقعا وجود دارد و نام معمولی از جریان تغییر را نمی پوشاند
شارژ الکتریکی. ناکامی او. قانون حفاظت از اتهام الکتریکی. قانون را در فرم بردار و اسکالر برش دهید.
شارژ الکتریکی - این هست کمیت فیزیکی، مشخص کردن ویژگی ذرات یا بدن برای پیوستن به تعاملات برق الکترومغناطیسی. شارژ الکتریکی معمولا توسط حروف Q یا Q نشان داده می شود. دو نوع اتهام الکتریکی وجود دارد، به شرطی که مثبت و منفی ذکر شده است. هزینه ها را می توان (به عنوان مثال، با تماس مستقیم) از یک بدن به دیگری منتقل کرد. بر خلاف وزن بدن، یک بار الکتریکی یک ویژگی جدایی ناپذیر از این بدن نیست. همان بدن در شرایط مختلف ممکن است هزینه دیگری داشته باشد اتهامات مشابهی دفع می شود، انواع گرده ها جذب می شوند. الکترون و پروتون به ترتیب به ترتیب اتهامات منفی و مثبت ابتدایی هستند. واحد شارژ الکتریکی یک آویز (CL) - اتهام الکتریکی عبور از یک قسمت مقطعی از هادی در جریان 1 و در طول 1 ثانیه است.
اتهام الکتریکی Disceteen، به عنوان مثال، اتهام هر بدن، انواع شارژ الکتریکی ابتدایی E () است.
قانون صرفه جویی در هزینه: مقدار جبری اتهامات الکتریکی هر سیستم بسته (یک سیستم که اتهامات را با اجسام خارجی مبادله نمی کند) بدون تغییر باقی می ماند: Q1 + Q2 + Q3 + ... + QN \u003d const.
قانون کلون. : قدرت تعامل بین اتهامات الکتریکی دو نقطه متناسب با مقادیر این اتهامات است و به طور معکوس متناسب با مربع مربع بین آنها است.
(در یک فرم اسکالر)
جایی که F نیروی Culon، Q1 و Q2 است - بار الکتریکی بدن، R فاصله بین اتهامات، E0 \u003d 8.85 * 10 ^ (- 12) - ثابت الکتریکی، نفوذپذیری E-dielectric رسانه، K \u003d 9 * 10 ^ 9 - ضریب تناسب.
برای انجام قانون کولون، لازم است 3 شرایط:
1 شرایط: نقطه اتهام - یعنی فاصله بین اجزای شارژ بسیار بیشتر از اندازه آنها است
2 وضعیت: بی حرکتی اعلام شده است. در غیر این صورت، اثرات اضافی به اجرا در می آید: میدان مغناطیسی شارژ متحرک و نیروی اضافی مربوط به لورنتز، بر روی شارژ دیگری حرکت می کند
3 شرایط: تعامل اتهامات در خلاء
در بردار قانون به شرح زیر نوشته شده است:
از کجا - نیرویی که شارژ 1 برای شارژ 2 معتبر است؛ Q1، Q2 - ارزش اتهامات؛ - بردار شعاع (بردار هدایت شده از شارژ 1 به شارژ 2، و برابر، ماژول، فاصله بین اتهامات -)؛ K - ضریب تناسب.
قدرت میدان الکترواستاتیک. بیان برای تنش میدان الکترواستاتیک شارژ نقطه در فرم بردار و اسکالر. میدان الکتریکی در Vacuo و ماده. ثابت دی الکتریک.
تنش میدان الکترواستاتیک بردار است مشخصه سکوت زمینه ها و عددی برابر با قدرت است که میدان آن بر روی یک شارژ تک تست در این زمینه انجام می شود:
واحد تنش 1 N / Cl است - این قدرت این میدان الکترواستاتیک است که برای اتهام 1 CL با نیروی 1 N. تنش نیز در هر / متر بیان می شود.
به شرح زیر از فرمول و قانون کولون، شدت میدان شارژ نقطه در خلاء
یا 
جهت بردار E همزمان با جهت نیرویی است که بر روی یک بار مثبت عمل می کند. اگر فیلد با یک بار مثبت ایجاد شود، بردار E در امتداد شعاع بردار از شارژ قرار می گیرد فضای خارجی (فشار دادن محاکمه شارژ مثبت) اگر زمینه ایجاد شود شارژ منفی، بردار E به اتهام هدایت می شود.
بنابراین تنش ویژگی قدرت میدان الکترواستاتیک است.
برای تصویر گرافیکی میدان الکترواستاتیک از خطوط قدرت بردار استفاده می شود ( خطوط برق) در ضخامت خطوط برق، می توان میزان تنش را قضاوت کرد.
اگر فیلد توسط سیستم شارژ ایجاد شود، نیروی حاصل شده بر روی شارژ تست ساخته شده در این زمینه، برابر با مجموع هندسی نیروهایی است که بر روی شارژ تست از هر نقطه به طور جداگانه عمل می کنند. بنابراین، تنش در این نقطه از میدان برابر است:
این نسبت بیان می کند اصل زمینه های فوق العاده: تنش میدان نتیجه ایجاد شده توسط سیستم شارژ برابر با مجموع هندسی از نقاط قوت میدان ایجاد شده در این نقطه به طور جداگانه است.
برق خلاء را می توان توسط حرکت مرتب شده از هر ذرات شارژ (الکترونها، یون ها) ایجاد کرد.
ثابت دی الکتریک - ارزش مشخصه خواص دی الکتریک محیط، واکنش آن به میدان الکتریکی است.
در اکثر دی الکتریک ها با زمینه های بسیار قوی نیستند ثابت دی الکتریک به میدان E. در نقاط قوت بستگی ندارد میدان های الکتریکی (قابل مقایسه با زمینه های درون هسته ای) و در برخی از دی الکتریک در زمینه های متعارف وابستگی D از E غیر خطی است. ثابت دی الکتریک نشان می دهد که چند بار قدرت تعامل F بین اتهامات الکتریکی در این رسانه کمتر از قدرت آنها در واکسن است
نفوذ پذیری دی الکتریک نسبی ماده را می توان با مقایسه ظرفیت خازن تست با این دی الکتریک (CX) و ظرفیت خازن مشابه در خلاء (CO) تعیین کرد:
قدرت میدان الکترواستاتیک. حرکت ذرات شارژ در یک میدان الکتریکی یکنواخت.
در یک میدان الکتریکی همگن، نیرویی که بر روی ذرات شارژ عمل می کند، در اندازه و در جهت ثابت است. بنابراین، حرکت چنین ذره ای کاملا شبیه به حرکت بدن در زمینه گرانش زمین بدون توجه به مقاومت در برابر هوا است. مسیر ذرات در این مورد مسطح است، در هواپیما حاوی بردارهای روکش ذرات و قدرت میدان الکتریکی قرار دارد
