Решение до правки #15276 от , автор emixter. Это не текущая версия.

Условие

10.1.13. а Вакуумное устройство состоит из соосных цилиндра радиуса и проволочки, помещенных в продольное магнитное поле индукции . При нагревании проволочки с ее поверхности вылетают электроны с кинетической энергией ; при этом во внешней цепи между цилиндром и проволочкой протекает ток . Нарисуйте зависимость от . Найдите значения , при которых ток в вакууме равен нулю.

б На рисунке изображены две зависимости от при различном давлении и остаточных газов. Какое давление больше?

К задаче $10.1.13$
К задаче

Решение

а Поперечным размером проволоки - пренебрегаем. Будем считать, что электроны вылетают из проволоки радиально и их скорости строго перпендикулярны силовым линиям. На электрон действует сила Лоренца, которая закручивает электрон по окружности. Согласно второго закона Ньютона:

Из определения кинетической энергии:

Подставим (2) в (1):

Видим, что чем больше , тем менше . Условие достижения электроном стенки цилиндра радиуса :


Отсюда граничное значение магнитной индукции:

При в вакууме все электроны достигнут цилиндра и будет идти некоторый постоянный ток . При электроны не достигнут стенки цилиндра и ток будет отсутствовать. График зависимости в вакууме будет в виде ступеньки:

б При наличии остаточного газа электроны могут сталкиваться с молекулами газа. Такие столкновения изменяют направления скоростей — это даёт шанс электрону достичь стенки цилиндра даже если первоначально . Следовательно, при более высоком давлении происходит больше столкновений и ток сохраняется при больших . Из графика условия задачи видно, что граничное значение магнитной индукции:

Значит, .

Ответ

а






б