5-9. ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ. В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Между движущимся электрическим зарядом и магнит­ным полем возникает определенное взаимодействие. Оно заключается в том, что на заряд начинает действовать си­ла, изменяющая направление его движения.

Представим себе, что лист этой книги внесен между полю­сами магнита, как это показано на рис. 5-24. Тогда движение двух зарядов, отличающихся только

Своим знаком, будет происходить так, как показано на рис. 5-25.

Двигаясь в магнитном поле, разноименные заряды стре­мятся перемещаться в противоположные стороны.

Этим объясняется разделение зарядов в проводе, дви­жущемся в магнитном поле: положительные заряды стре­мятся двигаться к одному краю провода, отрицательные — к другому (рис. 5-26).

Разделение зарядов в магнитном поле — это как раз то, что происходит в электрических генераторах. В самом де­ле, на рис. 5-26 показан простейший генератор с одним проводом: если мы соединим гибкой проволокой концы провода, движущегося в магнитном поле, то через эту про­волоку потечет ток (предполагается, что эта проволока са­ма не движется в магнитном поле). Заряды, разделяющие-

■ ся при движении в магнитном поле вновь соединяются че­рез проволоку, замыкающую цепь. Таким путем может быть объяснено явление электромагнитной индукции (на­ведение э. д. C.).

Еще два замечания;

* 1. Когда по проводу течет ток, магнитное поле начина-

I ет тормозить движение провода: для преодоления этого ; торможения при движении провода нужно затрачивать

■ энергию. Эта извне подведенная энергия и превращается! в энергию, которую получает от генератора цепь тока.

2. Электрические заряды не создаются внутри генера­тора. В нем происходит только разделение зарядов, суще­ствующих в проводе (входящих в строение его вещества). Эти заряды никак не проявляют себя в обычном состоянии ввиду равного количества отрицательного и положительно­го электричества.

В целом ряде электронных и ионных приборов также применяется управление движением электронов и положи­тельно заряженных частиц посредством воздействия на них магнитным полем.

5-10. ЭЛЕКТРОННЫЕ И ИОННЫЕ ПРИБОРЫ

Несмотря на трудности, встретившиеся на пути изуче­ния законов, которым подчиняются мельчайшие частицы вещества (атомы, ионы, электроны и др.), в современной электротехнике получили широчайшее распространение приборы, основанные на управлении процессами иониза­ции, движением электронов и т. п.

Интересно привести слова, сказанные М. В. Ломоносо­вым больше полутораста лет тому назад;

«Первоначальные частицы исследовать столь же нуж­но, как самым частицам быть. И как без нечувствительных частиц тела не могут быть составлены, так и без оны’Х испытаний учение глубочайшее физики невозможно».

Управляемые электронные лампы. Мы уже рассматри­вали Iipocгейшею двухэлектродную лампу (кенотрон или диод). Такая лампа была изображена На Рис. 5-3.

Незначительное усложнение конструкции кенотрона по­зволяет управлять величиной протекающего через кенотрон тока.

Покидая раскаленную нить, электроны обладают весь­ма незначительными скоростями. Эта начальная скорость увеличивается по мере того, как электрон продвигается к положительному электроду (к аноду) подобно падающе­му камню, скорость которого увеличивается при его паде­нии под действием силы тяжести. Роль земного притяже­ния в этом случае, конечно, играет электрическое поле, со­зданное внешним источником.

Но чем большее число электронов покинуло катод, тем в худших условиях оказываются следующие электроны. Айежду отдельными электронами существуют силы оттал­кивания. Электрон, находящийся впереди, отталкивает электрон, движущийся вслед за ним (вспомним, что одно­именные заряды отталкиваются). Электроны тормозятся, собираясь вблизи катода и образуя так называемое «элек­тронное облачко». Это облачко хотя и рассасывается под действием сил, притягивающих электроны к аноду, но од­новременно и пополняется приходящими от накаленного катода электронами.

Поместив вблизи катода металлическую сетку, мы мо­жем менять величину этого торможения. Схема рис. 5-27 показывает, как складываются условия работы в такой электронной лампе.

Напряжение вспомогательной батареи распределяется по сопротивлению, вдоль которого скользит ползушка. Чем ближе ползушка установлена к положительному зажиму батареи, тем больше будет напряжение на сетке, тем боль­ше будет и та сила, которая действует на находящиеся ■вблизи катода электроны, а следовательно, тем больше бу­дет ослабляться тормозящее действие облачка.

Отверстия В Сетке достаточны для того, чтобы быстро

216

Летящие электроны пролетали через них, не задерживаясь на самой сетке.

Если включить вспомогательную батарею отрицатель­ным зажимом к сетке, а положительным к катоду, сетка будет иметь отрицательный заряд и будет препятствовать вылету электронов из катода. Такой сеткой можно запе­реть ток в анодной цепи.

Снабженная сеткой электронная лампа нашла много­численное применение в электротехнике. Малейшие коле­бания напряжения на сетке резко сказываются на велкчи-

Рис. 5-27. Ве. чичина тока, протекающего через электрон­ную лампу, регулируется сеткой.

Чем больше напряжение между сеткой и катодом, тем больше показания миллиамперметра, включенного в цепь трубки (в анод­ную цепь). Напряжение на сетке можно изменять, передвигая ползуш — Ky П вдоль сопротивления, через которое протекает ток от вспомо­гательной батареи {Всп. б)

Lie тока лампы. Это позволяет пользоваться лампой в каче­стве усилителя.

Заметим тут же, что возрастание электрического тока в электронной лампе ограничивается количеством электро­нов, испускаемых накаленным катодом. После того как ток достиг некоторого предельного значения, ни даль­нейшее увеличение анодного напряжения, ни дальнейшее увеличение потенциала сетки не приводят к увеличению тока.

Устройство простейших усилителей будет описано в гл. 9.

Подробные сведения о них читатель может найти в спе­циальных книгах.

Газоразрядные приборы. Кроме пустотных ламп, описан­ных выше, в электротехнике широкое применение имеют приборы, заполненные разреженными газами, например нео-

217

Ном, аргоном или парами ртути. Такие приборы, называемые газотронами, имеют то преимущество, что могут про­пускать через себя значительно больший ток при меньшем напряжении между анодом и катодом

Это объясняется тем, что отрицательный заряд элек­тронов, движущихся от катода к аноду, уравновешивается положительными зарядами ионов. Хотя подвижность ионов невелика и электрический ток в ионизированном газе обусловлен главным образом движением электронов, однако указанное влияние положительного заряда очень велико Если ток в электронных лампах обычно не превы­шает десятков миллиампер, то в приборах с газовым раз­рядом ток может достигать сотен ампер.

В приборах газового разряда с горячим катодом и с хо­лодным анодом ток может проходить только в одном на­правлении. Такие приборы обладают выпрямляющим дей­ствием

Газоразрядные приборы с сеточным управлением полу­чили название тиратронов.

До тех пор, пока на сетке имеется достаточно низкий отрицательный потенциал, электроны, испускаемые като­дом, возвращаются обратно под действием сил электриче­ского поля Если потенциал сетки повысится, электроны, минуя сетку, попадают в область воздействия положитель­ного анода. Ускоряясь под действием сил электрического поля на пути от катода к аноду, электроны приобретают столь большую скорость, что при столкновениях C ней­тральными молекулами газа они ионизируют их. Процесс ионизации быстро охватывает все пространство лампы, заполненной газом. В приборах с ртутным катодом притя­гивающиеся к нему положительные ионы вызывают очень сильное испускание электронов из ртути.

Заметим, что в отличие от электронных ламп в тира­тронах новое снижение потенциала сетки не может пре­кратить увеличившийся ток

Электронный осциллограф. Очень важный вид электрон­ных трубок предназначен для зрительного наблюдения (или фотографирования) быстро изменяющихся электри­ческих напряжений.

Рассмотрим устройство таких трубок, называемых электронными осциллографами (рис. 5-28)

Электроны, испускаемые накаленным катодом, разго­няются сильным электрическим полем и под влиянием поля образуют тонкий пучок летящих электронов — элек — 218

Тронный луч. Собирание электронов в тонкий луч называет­Ся их фокусировкой

Электроны могут беспрепятственно пролетать внутри трубки, так как из нее тщательно откачан воздух

При отсутствии других отклоняющих сил электроны летели бы прямо по оси трубки и попадали на середину экрана, вызывая его свечение.

Свечение экрана происходит потому, что торцовая по­верхность стеклянной трубки покрыта специальным соста-

Рис 5-28 Схематическое изображение электронного осциллографа.

Г—Пластины горизонтального отктонення, В —пластины вертикатьного откло­нения, Э — экран, на котором виден светящийся след ударявшихся в » его элек­тронов Электроны C экрана возвращаются к положительному полюсу источника по стеклу, не являющемуся, конечно, хорошим проводником, но облетающим достаточной проводимо»тью для пропускания очень малого тока этектронного л>ча

Вом, атомы которого излучают свет при ударе быстро ле­тящих электронов.

Но на пути электронного луча имеется две пары пла­стин

Первая из них (Г) отклоняет электроны в горизонталь­ном направлении, если между этой парой пластин создано электрическое поле.

Попадая в поле, электроны испытывают силу, откло­няющую их от первоначального пути (см. пример 2 в § 5-4).

Чем сильнее поле между пластинами, тем сильнее от­клоняются электроны.

Если к пластинам горизонтального отклонения прило­жить напряжение, изменяющееся во времени по пило­образному закону (рис. 5-29), то электроны будут с рав — 219

Номерной скоростью прочерчивать горизонтальную черту на экране.

Электронный луч смещается. в горизонтальном напра­влении прямо пропорционально напряжению, а само на­пряжение прямо пропорционально времени (на каждом промежутке Т). Значит и горизонтальное смещение луча при этом оказывается прямо пропорциональным вре­мени.

рис. 5-29. напряжение на пла-стинах горизонтального от-клонения равномерно изменяется от —но до +но- затем напряжение быстро принимает отрицательное значение и вновь начинает равномерно изменяться.Пройдя первую пару пластин, электронный луч по­падает в поле действия второй пары пластин (В). Эти пластины! смещают поток движущихся электронов в верти­кальном направлении. Если верхняя пластина заряжена положительно, а нижняя отри­цательно, то электронный луч отклонится кверху (одноимен­ные заряды притягиваются, разноименные отталкиваются).

По мере изменения напря­жения на этой паре пластин будет изменяться и вертикаль­ное отклонение луча.

Подавая то напряжение, которое хотят наблюдать, на вертикальные пластины, и за­ставляя луч смещаться в го­ризонтальном направлении пропорционально времени, получают на экране светящееся изображение — осцилло­грамму,— подобное графикам, показанным хотя бы на рис. 5-22 и 5-23.

Масса электронов ничтожно мала — они могут быстро изменять направление своего движения. Поэтому элек­тронные осциллографы могут применяться для изучения очень быстро изменяющихся напряжений. Так, например, электронные осциллографы применяют для изучения бы­стрых электрических колебаний в радиотехнике. В СССР посредством особого осциллографа был записан (впервые в мире) ток молнии, ударившей в специальный молние­отвод.

В сочетании с электронными усилителями электронные осциллографы могут записывать очень слабые и очень быстро изменяющиеся напряжения.

Устройство телевизионных трубок похоже на устрой­ство электронного осциллографа.

ГЛАВА ШЕСТАЯ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *