Высоковольтный ускоритель

[se-sss]

Мне кажется, в голове у автора следующая картина.

Есть 2 плоские параллельные сетки, подключённые у батарее напряжением $V$.
Сетка слева имеет потенциал $\frac{V}{2}$, а у сетки справа потенциал $-\frac{V}{2}$.
Потенциал на бесконечности справа и слева равен $0$.
Частица летит слева направо. Между сетками она действительно ускоряется, но потом, на бесконечности справа, получит такую же скорость, как была на бесконечности слева.
Для этой ситуации его рассуждения интуитивно правильные.

Чтобы такой ускоритель работал, можно в правильные моменты снимать напряжение с сеток.

[EUgeneUS]

Про В.у.

herrita в сообщении #1279609 писал(а):

Поломал голову и опять непонятно стало. Это я понял только в случае двух электродов. Смысл ставить дальше последующие аноды? В первом рисунке:
Если анод находится под потенциалом земли, то толкает только катод, анод не притягивает - нет отрицательного напряжения. А если нет притяжения, то может быть тогда смысл ставить кольца в том что они принимают часть отклонившихся электронов?

Все эти изыски с формой электродов нужны для:
1. Уменьшения влияния вторичной эмиссии.
2. Формирования пучка.

И важно понимать, что не "катод толкает" или "анод притягивает", а электрическое поле. Которое, да, формируется различными потенциалами анода и катода и их формой.

Про ЭЛТ.

herrita в сообщении #1279609 писал(а):

Но в ЭЛТ земли нет. Там тоже несколько колец анода.

"Кольца анода" еще по другому называют "фокусирующими электродами".
Напряжение на них существенно меньше, чем собственно на аноде.
А анод, или "конечный анод" - это покрытие на конусе ЭЛТ. Напряжение на нем и определяет энергию электронов в пучке.
Для примера: напряжение на фокусирующем электроде кинескопа цветных унифицированных лампово-полупроводников телевизоров - около 1 кВ, а напряжение на аноде - 24 кВ. Если мне склероз не изменяет.

[herrita]

Это я понял только когда полностью разобрался с устройством ЭЛТ. До 31 КВ там и не только на конусе, но и дно колбы также покрыто проводящим слоем. Само дно является анодом высокого потенциала. Вспомните как щёлкает экран после его выключения. Первое ускоряющее кольцо до 1000 вольт, фокусирующий до 6 КВ, второй анод связанный со всей колбой до 31 КВ. Таким образом, электронный пучок всё время находится между электродами с потенциалом до 31 КВ, а не как мне раньше представлялось, что за вторым анодом ничего нет.

-- 29.12.2017, 14:23 --

se-sss в сообщении #1279640 писал(а):

Чтобы такой ускоритель работал, можно в правильные моменты снимать напряжение с сеток.

Тогда это резонансный ускоритель. Здесь речь идёт об электростатическом.

-- 29.12.2017, 14:38 --

se-sss в сообщении #1279640 писал(а):

Мне кажется, в голове у автора следующая картина.

Есть 2 плоские параллельные сетки, подключённые у батарее напряжением $V$.
Сетка слева имеет потенциал $\frac{V}{2}$, а у сетки справа потенциал $-\frac{V}{2}$.
Потенциал на бесконечности справа и слева равен $0$.
Частица летит слева направо. Между сетками она действительно ускоряется, но потом, на бесконечности справа, получит такую же скорость, как была на бесконечности слева.

Мне кажется, что электрон может вылететь из ускорителя с половинной энергией Ue, тк в момент вылета его притягивает анод, сила притяжения которого равна половине сообщённой силы между катодом и анодом. Надеюсь я здесь правильно рассуждаю. Но если электрон пустить по кругу как в циклофазотронах, он уже должен будет преодолевать силу отталкивания катода, прежде чем попасть в промежуток между катодом и анодом. Таким образом, в сумме, сообщенный импульс в повторном цикле будет равняться нулю. А между кольцами анода с одинаковым напряжением нет потенциала, т.е. нет смысла ставить много колец с ускоряющей целью, разве только для иных целей, например, для максимальной отдачи по ускорению с этого потенциала.

[EUgeneUS]

herrita
У меня сложилось впечатление, что Ваше интуитивное понимание того, что электрическое поле потенциально, каким-то образом приводит к выводу, что электрон, пролетев анод должен тут же начать тормозиться. А это не так.

1. Статичное электрическое поле действительно потенциально. Это означает то, что если мы протащим электрон по любому замкнутому контуру, то электрическое поле совершит нулевую работу. Всего лишь.
2. Представим, что пучок электронов из В.у. влетает в металлическую сферу, электрически соединенную с анодом. В этой сфере поле - ноль. Электроны летят исключительно по инерции. Ничто это не запрещает.
3. Представим, что наш сферический В.у. находится не в вакууме, а среди других металлических (проводящих) предметов, потенциалы которых примерно равны. Тогда можно выделить два крайних случая:
3а. "ЭЛТ". Окружающие предметы имеют потенциал примерно равный потенциалу катода. Тогда, если пучок приближается к таким предметам, то он будет тормозиться. Это примерно соответствует представлениям, что "проскочив анод электроны тормозятся".
3б. "Собственно В.у." Окружающие предметы имеют потенциал примерно равный потенциалу анода. Тогда, если пучок приближается к таким предметам, то он не будет тормозиться.

Совсем на пальцах можно сказать так: электрон тормозится не покидая анод (удаляясь от анода), а приближаясь к катоду, или к области пространства, где потенциал близок к потенциалу катода. За такое детско-колхозное представление меня сейчас закидают тапками , но оно (ИМХО) достаточно иллюстрирует разницу между вариантами 3а и 3б.

[photon]

herrita в сообщении #1279792 писал(а):

его притягивает анод

Никого он не притягивает, равно как катод не отталкивает. Конфигурация и потенциал электродов определяют распределение поля, с которым взаимодействуют заряженные частицы. В промежутке между катодом и анодом поле таково, что ускоряет электроны, и с какой-то натяжкой можно говорить, что электрон притягивается к аноду, но за пределами этого промежутка говорить, что-то такое совсем уж неправомерно.

herrita в сообщении #1279792 писал(а):

Но если электрон пустить по кругу как в циклофазотронах, он уже должен будет преодолевать силу отталкивания катода, прежде чем попасть в промежуток между катодом и анодом. Таким образом, в сумме, сообщенный импульс в повторном цикле будет равняться нулю.

Может циклотронах? Или синхрофазотронах? - там поле не статическое, если что. И, еще раз повторюсь, нет никакой "силы отталкивания катода".

[EUgeneUS]

herrita

photon в сообщении #1279823 писал(а):

но за пределами этого промежутка говорить, что-то такое совсем уж неправомерно.

Хотел бы добавить, что неправомерно потому, что, зная потенциал между анодом и катодом, и даже, зная поле в некоторой области между анодом и катодом, мы ничего не можем сказать о конфигурации поля вне этой области, если там есть другие предметы. Например Земля. В астрономическим и электрическом смысле.

[herrita]

EUgeneUS в сообщении #1279821 писал(а):

herrita
У меня сложилось впечатление, что Ваше интуитивное понимание того, что электрическое поле потенциально, каким-то образом приводит к выводу, что электрон, пролетев анод должен тут же начать тормозиться. А это не так.


3б. "Собственно В.у." Окружающие предметы имеют потенциал примерно равный потенциалу анода. Тогда, если пучок приближается к таким предметам, то он не будет тормозиться.

Совсем на пальцах можно сказать так: электрон тормозится не покидая анод (удаляясь от анода), а приближаясь к катоду, или к области пространства, где потенциал близок к потенциалу катода. За такое детско-колхозное представление меня сейчас закидают тапками , но оно (ИМХО) достаточно иллюстрирует разницу между вариантами 3а и 3б.

Если приближается к аноду, он не будет тормозится. Я с этим не спорю. Но когда он от анода будет дальше лететь, то по моим представлнниям он начинает тормозиться. Почему? Просто я пытаюсь соотнести свои рассуждения в соответствии с опытными данными.Если около заряженной пооожительным зарядом сферы поместить отрицательный заряд, то что он будет делать? Ускоряться по направлению к центру сферы. Что изменится, если на противоположной стороне этой сферы поместить такую же сферу с отрицательным зарядом? От этого электрон перестанет притягиваться к аноду? По моему - нет. Если поместить электрон рядом со сферой, заряженной отрицательным зарядом, то электрон будет ускоряться от него. Считаю вполне правомерным говорить что электрон отталкивается от сферы. Ведь говорят же в физике, что заряды притягиваются.

-- 29.12.2017, 18:12 --

Вы когда говорили про вакуумную сферу, наверное имели в виду ЭЛТ.Там как раз так всё и обустроено. Но перед тем как влететь в вакуумную сферу, он пролетает через отверстие аноду. Во время пролёта стенки анодного кольца ближе стенок вакуумной сферы к электрону. А действие поле убывает с расстоянием. При одинаковом потенциале окружающих электродов, с заряженной частицей взаимодействует тот электрод, который находится ближе всего к нему. При рассуждениях я использую такие представления. Может они не верны тогда?

-- 29.12.2017, 18:24 --

photon, EUgeneUS,Если бы вы ответили на один вопрос, мне стало бы понятнее. Если в вакуумную сферу, заряженную положительным зарядом, поместить отрицательную заряженную частицу, как она себя поведет, если она будет находится ближе к одной из стенок сферы? В какую сторону она полетит или останется стоять на месте?

[photon]

herrita в сообщении #1279892 писал(а):

Если в вакуумную сферу, заряженную положительным зарядом, поместить отрицательную заряженную частицу, как она себя поведет, если она будет находится ближе к одной из стенок сферы? В какую сторону она полетит или останется стоять на месте?

Я вам скажу: берите учебник, а не фантазируйте.

[herrita]

Тогда может быть EUgeneUS знает. Я в учебнике этого не видел, но как то это с клеткой Фарадея связано.

-- 29.12.2017, 18:36 --

Если она полетит в сторону стенки, тогда анод останавливает его, тк стенка иллюстрирует здесь анодное кольцо, которое он пролетает перед тем как оказаться в вакуумной сфере.

[EUgeneUS]

herrita

Поймите один момент. Когда мы включили рубильник и создали напряжение между катодом и анодом, то это означает всего лишь то, что мы создали между анодом и катодом разность потенциалов, которая и называется напряжение. То есть, по сути нам ничего не известно, кроме разности потенциалов между двумя металлическими предметами.
Нам ничего неизвестно, какие заряды будут на этих металлических предметах. То есть, нам совершенно неизвестно, что отталкивает электрон, а что притягивает. Совершенно неизвестно, от слова совсем.

Нам известно только одно, если протащим электрон от катода к аноду, то электрическое поле совершит работу равную разности потенциалов умноженную на заряд электрона.
Нам также известно, что если протащить электрон по замкнутому контуру, то электрическое поле совершит работу равную нулю.
И всё.

Нам совершенно неизвестно, какую работу совершит электрическое поле, если мы потащим электрон в далекие дали (но не в бесконечность, с бесконечностью там отдельные чудеса, которые отложим пока), но не по замкнутому контуру.
Ответ на предыдущий вопрос (какую работу совершит электрическое поле?) зависит от многих факторов
а) От разности потенциалов между анодом и катодом.
б) От конфигурации электродов.
г) От пути, по которому потащим электрон. (Контур-то не замкнут, что важно!)
в) И, что ещё важно! От разности потенциалов между отдельно взятым электродом и окружающими предметами ("окружающим миром", "землей").

-- 29.12.2017, 18:44 --

herrita в сообщении #1279892 писал(а):

Если в вакуумную сферу, заряженную положительным зарядом, поместить отрицательную заряженную частицу, как она себя поведет, если она будет находится ближе к одной из стенок сферы? В какую сторону она полетит или останется стоять на месте?

Никуда она не полетит, так как внутри металлической сферы поле - ноль.

photon в сообщении #1279894 писал(а):

Я вам скажу: берите учебник, а не фантазируйте.

+1.
Поймите, мои объяснения не заменят Вам учебников. Я пытаюсь объяснить "на пальцах", что происходят. Такие объяснения имеют
а) плюсы - в голове, кроме формул, возникает картинка. Она может помочь понять учебники и формулы.
б) минусы - картинка получается не доказанной, и если она противоречит уже готовой Вашей, то вариант один - учебники ботанить.

[Alex-Yu]

se-sss в сообщении #1279640 писал(а):

Есть 2 плоские параллельные сетки, подключённые у батарее напряжением $V$.
Сетка слева имеет потенциал $\frac{V}{2}$, а у сетки справа потенциал $-\frac{V}{2}$.
Потенциал на бесконечности справа и слева равен $0$.

И тогда, если летать из бесконечности слева в бесконечность справа никакого прироста энергии не будет. Ясно как дважды два. Только никакие электроны в реальном ускорителе не летают из бесконечности слева до бесконечности справа. Они из катода вылетают, который под потенциалом $-V$, долетают до анода (обычно потенциал ноль) дальше могут лететь уже не замедляясь (для этого и делается потенциал анода такой же, как на бесконечности).

Вот тот самый генератор, что заряжает катод до потенциала $-V$, и сообщает электронам энергию (и это не имеет НИЧЕГО общего со случаем, когда электрон, сам по себе, прилетает на катод из бесконечности). А в зазоре катод-анод происходит очень простой процесс: потенциальная энергия превращается в кинетическую. При этом полная энергия электрона остается постоянной, той же самой, что была на катоде.

Понавертели бог знает чего вокруг банальной вещи. Уже вторая страница. И учебники тут ни при чем.

[EUgeneUS]

Alex-Yu

Для сферического в.у. в вакууме.
Отправили пучок электронов на бесконечность. И... в.у. приобрел не нулевой заряд. И уже сетки не могут иметь потенциалы $\pm V/2$ относительно бесконечности.

[Alex-Yu]

EUgeneUS в сообщении #1279906 писал(а):

Отправили пучок электронов на бесконечность. И... в.у. приобрел не нулевой заряд.

Он и раньше имел ненулевой заряд. Причем намного бОльший и другого знака.

Естественно, если долго стрелять пучком из заранее заряженного ускорителя, и нет генератора, поддерживающего потенциал (а значит и заряд), то в конце концов все разрядится и работать перестанет.

Кстати, подумайте, от чего зависит будут ли электроны тормозиться практически до нуля скорости после пролетания анода и ухода на бесконечность (далеко по сравнению с размерами ускорителя) или нет? Подсказка: может быть и так, и эдак. Вопрос в том, чтобы определить, в каких случаях так, а в каких --- эдак.

[herrita]

EUgeneUS в сообщении #1279898 писал(а):

herrita

Никуда она не полетит, так как внутри металлической сферы поле ноль.

Учебники никто не отрицает. Но лучшее доказательство это эксперимент и никакие формульные выкладки его не заменят. Недостаточно сказать - "поля нет". Нужно увидеть один раз. У меня всё время вертится аналогия взаимодействия заряженной сферы со взамодействием заряженных предметов. Кажется, что наиболее близкая часть должна притягивать сильнее. Есть один эксперимент у МИФИ с клеткой Фарадея, но электроскоп находится прямо в центре клетки. Естественно, там сумма поля равна нулю. Но что то мне подсказывает, что если клетку Фарадея сделать чуть больших размеров, а электроскоп поместить ближе к одной грани, то достаточно чувствительный электроскоп покажет отталкивание пластинок.

[Alex-Yu]

herrita в сообщении #1279913 писал(а):

Кажется, что наиболее близкая часть должна притягивать сильнее.

Не обязательно. Закон Кулона посмотрите самостоятельно.