Некоторые устройства для создания электрического вакуума используют движение электронов в магнитном поле.
Шпаргалка по общей электронике и электротехнике (2 стр.).
Если электрон входит с начальной скоростью v0 под прямым углом к направлению линий поля, поле действует на электрон с силой F, которая дается формулой f = eE и направляется к более высокому потенциалу. В отсутствие силы P электрон будет двигаться равномерно по инерции со скоростью v0. А под действием силы F электрон должен двигаться равномерно в направлении, перпендикулярном v0. Результирующее движение электрона параболическое, причем электрон отклоняется в сторону положительного электрода. Если электрон не достигнет этого электрода и покинет поле, он будет продолжать двигаться прямолинейно и равномерно из-за инерции. Электрон движется по параболе, либо ударяясь об один из электродов, либо выходя из поля.
Электрическое поле всегда изменяет кинетическую энергию и скорость электрона в том или ином направлении. Таким образом, между электроном и электрическим полем всегда существует энергетическое взаимодействие, или обмен энергией. Если начальная скорость электрона направлена не вдоль линий поля, а под углом к ним, то электрическое поле также искривляет траекторию электрона.
Важно различать 2 вида скорости – ток и движение электронов, которые являются носителями заряда. Последние движутся медленно, в то время как ток в проводах и других проводниках, подключенных к сети, составляет 300 000 км в секунду из-за скачка напряжения.
С какой скоростью течет электрический ток по проводам
Это интересный вопрос. И здесь вам нужно напомнить школьный курс физики. А именно, что представляет собой электрический ток.
Известно, что это упорядоченное движение электронов, вызванное приложенным электрическим полем, движущихся со скоростью 300 000 км в секунду.. Фронт электромагнитного поля распространяется вдоль проводов с такой скоростью.
Пока нет источника электричества, электроны в нитях провода движутся в разных направлениях, т.е. хаотично. При подключении к нему они будут перетекать от одного полюса к другому. Вывод таков: при соединении возникает всплеск напряжения, который распространяется от одного конца к другому со скоростью света, а сами электроны за это время проходят расстояние около 1 мм/с.
Важно различать два вида скорости – ток и движение электронов, которые являются носителями заряда. Последние движутся медленно, в то время как ток в проводах и других проводниках, подключенных к источнику питания, составляет 300 000 км в секунду из-за скачка напряжения.
Если вам нужен высококачественный и своевременный электромонтаж “под ключ” – обращайтесь в компанию TM Electro!
Основная методология, используемая для проверки оборудования безопасности, основана на Национальный стандарт 1994 P50571.3. Соблюдение проверки обеспечивает безопасную работу с оборудованием, имеющим металлические, непроводящие части.
Нормы обеспечения защитными мероприятиями (ЗМ) помещений, в которых установлены вводно-распределительные устройства (ВРУ, ВРУ) с любым количеством вводов, должны соответствовать требованиям, изложенным в СЭ-7, ПТЭЭП, СО 153-34.03.603-2003, “Правилах техники безопасности при эксплуатации электроустановок”, “Санитарных правилах выполнения работ в условиях воздействия электрических полей промышленной частоты” и других действующих нормативно-технических документах.
Из школьной физики мы знаем, что ток в цепи – это направленное движение электрически заряженных частиц. Это движение происходит при определенных условиях. Эти условия следующие: должны быть носители заряда, цепь должна быть замкнута и должен быть источник ЭДС.
Трехфазная электрическая цепь – это совокупность трех цепей с ЭДС в виде синусоидальной волны той же частоты, сдвинутой по фазе на 120°.. Они генерируются одним источником энергии. Такую схему принято называть многофазной. Как видно из определения, она состоит из трехфазного генератора, линии электропередачи и потребителей электроэнергии.
В таких фильтрах, благодаря включению в цепь обратной связи элементов, зависящих от частоты (как отрицательной, так и положительной), можно добиться практически любой частотной характеристики без необходимости использования индукторов.
С какой скоростью движется электрон?
Скорость электрона зависит от конкретных условий и может быть любой – от нуля до скорости света. Например, один электрон может находиться в состоянии покоя, в то время как электроны в атоме движутся с довольно высокой скоростью (до нескольких тысяч километров в секунду). А в ускорителях электроны разгоняются до скоростей, которые отличаются от скорости света всего на несколько метров в секунду. Все зависит от разности потенциалов.
Это активные фильтры. То есть, фильтры с резисторами и конденсаторами, в которых используются индуктивные элементы (транзисторы или, что гораздо чаще, операционные усилители), способные “имитировать” индуктивные элементы. В конце концов, индуктор – ужасно громоздкий компонент для создания, к тому же он совершенно несовместим с технологией интегральных схем.
В таких фильтрах за счет включения в цепь обратной связи элементов, зависящих от частоты (как отрицательной, так и положительной), можно получить практически любую частотную характеристику без использования индукторов.
Наиболее распространенная схема называется фильтром Саллен-Ки:
Это пример фильтра высоких частот. Если поменять местами резисторы и конденсаторы в цепи ОС, зависящей от частоты, получится фильтр низких частот. Тип отклика можно варьировать в широком диапазоне, изменяя определенное соотношение компонентов обратной связи, например, можно получить фазово-гладкий отклик (фильтр Бесселя), который передает фронты импульсов без пиков, или отклик с наиболее крутым затуханием частотной характеристики (фильтры Чебышева), или наиболее гладкий по частотной характеристике (фильтры Баттерворта). Активные фильтры могут быть соединены в каскад для получения отклика более высокого порядка (с более крутым спадом в дБ/декадах).
Существуют и другие типы активных фильтров – например, мостовые фильтры Винера. Они отличаются тем, что это не фильтры низких или высоких частот, а полосовые фильтры: они имеют ОДНУ частоту, на которой полоса пропускания максимальна или, наоборот, минимальна (регенеративные или полосовые фильтры). Мне просто лень искать схему, но ключевые слова “Wien bridge” должны помочь вашему поиску 
Другим классом фильтров являются гираторы. Они могут “частным образом” заменить индуктивность – например, когда индуктивность “плавает” (не соединен с землей ни на одном из концов). Как они выглядят – опять же легко найти через поиск.
Электроны очень медленные – их скорость составляет несколько мм/с. При этом скорость электричества равна скорости света.
Какова скорость электрического тока?
Как вы думаете, с какой скоростью движется электрический ток?
Ответ на этот вопрос был впервые найден французским священником и физиком Жаном-Антуаном Нолле в 1746 году.
Для проведения эксперимента он соединил 200 монахов проводами, а затем разрядил в цепи батарею времени.
Все монахи мгновенно отреагировали на ток, что убедило Нолле в очень высокой стоимости, которую он искал.
И он не ошибся!
Скорость электрического тока равна скорости света и составляет 300 тысяч километров в секунду. Но есть некоторые нюансы…
Текущая страница – это поток электронов, упорядоченно движущихся по проводнику. Пока к проводнику не приложена разность потенциалов, электроны хаотично движутся по проводнику, и их общий ток равен нулю. Именно поэтому кусок металла не получает электрический ток.
Если металлический предмет подключить к электрической цепи, все электроны начинают упорядоченно перемещаться от одного полюса к другому.
Упорядочение электронов происходит со скоростью света в вакууме.
Однако это не означает, что электроны движутся со скоростью света.
Электроны очень медленные – их скорость составляет несколько мм/с. Но скорость тока равна скорости света.
Когда цепь замыкается, заряженные частицы начинают двигаться упорядоченно.
Но бегут они не как в марафоне, а как в эстафете. Только вместо палки они передают заряд.
Электроны распределяются по проволоке с высокой плотностью. И когда цепь замыкается, каждый электрон должен сделать лишь небольшой шаг, чтобы передать заряд следующему. И в последний момент электрон на конце провода делает последний шаг, чтобы доставить заряд на финишную прямую.
То же самое происходит и с электричеством. Электроны “бегут” медленно (естественная скорость элементарных частиц в направленном потоке исчисляется миллиметрами в секунду), но они очень быстро передают “шарик” заряда друг другу. В отсутствие разности потенциалов на разных концах проводника все электроны движутся хаотично. Это тепловое движение, присутствующее в каждом веществе.
Скорость электромагнитной волны не является скоростью тока
Теперь давайте будем более осторожны с цифрами и терминами. Мы видели на примере молнии, что небольшое неверное предположение может привести к большим ошибкам. Хорошо известно, что скорость распространения электромагнитных волн составляет 300 000 километров в секунду. Однако это не означает, что электроны в проводнике движутся с одинаковой скоростью.
Представьте, что две команды соревнуются в том, кто быстрее пролетит с мячом от одного конца поля до другого. Условие заключается в том, чтобы каждый член команды сделал несколько шагов с мячом в руках. В одной команде пять человек, а в другой – один. Пятеро, выстроившись в цепочку, будут играть в пас, каждый делая несколько шагов в направлении от начала до конца. Одинокий человек должен будет пробежать всю дистанцию. Конечно, победит пятерка, потому что мяч летит быстрее, чем бежит человек.
То же самое происходит и с электричеством. Электроны “бегут” медленно (естественная скорость элементарных частиц в направленном потоке исчисляется миллиметрами в секунду), но они очень быстро передают “шарик” заряда друг другу. В отсутствие разности потенциалов на разных концах проводника все электроны движутся хаотично. Это тепловое движение, присутствующее в каждом веществе.
Таким образом, в пределе бесконечно больших значений импульса скорость приближается к c, но никогда не превышает этого значения.
С какой скоростью движется электрон
Рассмотрим еще раз движение электрона в однородном магнитном поле. Мы ожидаем, что при малых скоростях электрона движение, описанное ранее, будет совпадать с тем, что мы получаем сейчас. При больших скоростях так называемые релятивистские поправки должны играть важную роль. Эта проблема интересна не только из-за сравнения нерелятивистских и релятивистских результатов, но и имеет чисто практическое значение. Дело в том, что в устройствах, ускоряющих электроны до релятивистских скоростей, часто используются постоянные однородные магнитные поля, которые удерживают эти электроны на круговых орбитах.
Выражение для силы, действующей на движущийся электрон со стороны магнитного поля, было получено нами ранее:
Второй закон движения Ньютона в форме
В этом случае электрон движется по круговой орбите с ускорением Поскольку скорость электрона остается постоянной
(меняется только направление скорости), этот случай особенно легко изучить, потому что эта величина не меняется во время движения.
В результате релятивистский закон движения может быть записан в виде
Объединив второй закон движения Ньютона с выражением для силы, действующей на электрон со стороны магнитного поля, получим
Отсюда находим напряженность магнитного поля, необходимую для удержания частицы на орбите с радиусом
которую можно сравнить с ранее определенной напряженностью поля в нерелятивистском случае:
Эти интенсивности отличаются на множитель
Смысл полученного результата заключается в том, что в релятивистском случае для удержания частицы с заданной скоростью на орбите заданного радиуса требуется большее магнитное поле. Этот результат нетрудно понять. В данный момент времени ускорение электрона равно произведению ускорения на массу, что дает необходимую силу. В релятивистском случае масса (или инерция) электрона увеличивается с ростом его скорости. Поэтому для данного ускорения, так же как и для данной и требуемой силы. Однако, поскольку эта сила пропорциональна напряженности магнитного поля B, мы получаем, что в релятивистском случае для удержания частицы с заданной скоростью на орбите заданного радиуса требуется большее магнитное поле.
При желании можно считать, что разница между релятивистским и нерелятивистским выражением полностью обусловлена изменением релятивистской массы электрона
увеличивается с ростом его скорости (рис. 47).
Измерение силы магнитного поля, удерживающего электрон со скоростью на орбите радиуса, дает прямую информацию об инерции электрона. Такие измерения относительно легко выполнить, и они подтверждают релятивистское выражение (31.19), т.е. покажите, что инерция электрона увеличивается с ростом его скорости. Можно пойти дальше. При создании машин, таких как синхротроны, разгоняющих электроноподобные частицы до скоростей, близких к скорости света, необходимо заранее определить размеры этих машин (связанные с орбитальным радиусом частиц) и интенсивность используемых в них магнитных полей. Мы должны решить, сколько метров медного провода намотать, какой ток пустить по этому проводу, сколько акров земли купить и т.д. Если нужно довести скорость электронов до заданного большого значения, а размер машины ограничен (нельзя купить больше земли) так, чтобы был максимальный радиус орбиты частиц, то необходимое для этого магнитное поле дается выражением
Рисунок 47: Зависимость массы от скорости.
Из этого следует, что практические инженерные и экономические решения должны в основном зависеть от того, релятивистские или нерелятивистские соотношения верны. Люди, занимающиеся подобными вопросами, уже давно убеждены, что релятивистское выражение для напряженности магнитного поля является правильным. Этот вывод был проверен столько раз и при стольких различных условиях, что вопрос о том, была ли теория относительности экспериментально проверена, теперь не имеет смысла. Это настолько хорошо проверено, что стало частью наших обычных представлений. Соотношения, полученные из теории относительности (как и соотношения из геометрии Евклида), стали неотъемлемой частью нашего мышления и широко используются инженерами, проектирующими ускорители частиц, в своей практической работе. Вполне возможно, что
Не исключено, что в будущем, по неизвестным пока причинам, эти концепции (как и любые другие) придется уточнить. Однако на данный момент теория относительности внесла такую ясность в круг рассматриваемых явлений, что, подобно геометрии Евклида в пространстве, она стала известна как “истинная”.
Максимальная скорость
Теперь рассмотрим поведение частицы, на которую действует постоянная однородная сила в заданном направлении. С точки зрения теории Ньютона, такая частица будет испытывать постоянное ускорение, а ее скорость будет неограниченно возрастать с течением времени. Релятивистские уравнения могут быть записаны в виде
где релятивистский угловой момент
В релятивистском случае импульс и энергия частицы, находящейся под действием постоянной силы, непрерывно возрастают. Скорость частицы не может превышать c.
Чтобы показать это, давайте запишем скорость через импульс из уравнения (31.3).
Для данной массы покоя и для больших значений импульса это выражение можно аппроксимировать как
Таким образом, в пределе бесконечно больших значений импульса скорость приближается к c, но никогда не превышает этого значения.
Если действительно приложить к электрону постоянную силу (как, например, в эксперименте “Максимальная скорость”, а затем измерить его скорость (например, измерив интервал времени, за который электрон проходит известное расстояние) и энергию одновременно, то можно увидеть, что скорость частицы не связана с ее энергией или импульсом в соответствии с ньютоновским выражением
Следовательно, мы имеем следующий практический результат: хотя импульс и энергия электрона продолжают увеличиваться, его скорость, т.е. расстояние, пройденное электроном, остается неизменным.
деленная на соответствующий промежуток времени, приближается к константе, т.е. к скорости света.
На рис. 48 показана принципиальная схема аппарата для определения максимальной скорости электронов [3].
Электроны ускоряются в однородном поле в левой части системы. Моменты их прохождения через точки A и B регистрируются с помощью осциллографа. Таким образом, определяется скорость электронов.
Их кинетическая энергия (которая преобразуется в тепло при ударе электронов о диск) определяется измеренным повышением температуры диска.
Если затем построить зависимость кинетической энергии от цели, то она не соответствует соотношению
Читайте далее:- 1 Понятие электромагнитного поля и его различные проявления. Материальность – Работа в школе.
- Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения заряда.
- Как работают атомы.
- Многоликий протон.
- Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
- 13-2 Движение электронов в электрическом поле.
- Значение слова ЭЛЕКТРОТЕХНИКАЦИЯ. Что такое ЭЛЕКТРОТЕХНИКА?.