10.1.13.$\textbf{а. }$ Вакуумное устройство состоит из соосных цилиндра радиуса $R$ и проволочки, помещенных в продольное магнитное поле индукции $B$. При нагревании проволочки с ее поверхности вылетают электроны с кинетической энергией $K$; при этом во внешней цепи между цилиндром и проволочкой протекает ток $I$. Нарисуйте зависимость $I$ от $B$. Найдите значения $B$, при которых ток в вакууме равен нулю.
$\textbf{б. }$ На рисунке изображены две зависимости $I$ от $B$ при различном давлении $P_{1}$ и $P_{2}$ остаточных газов. Какое давление больше?
К задаче $10.1.13$
Решение
$\textbf{а. }$ Поперечным размером проволоки - пренебрегаем. Будем считать, что электроны вылетают из проволоки радиально и их скорости $\upsilon$ строго перпендикулярны силовым линиям. На электрон действует сила Лоренца, которая закручивает электрон по окружности. Согласно второго закона Ньютона:
При $B\le B_{0}$ в вакууме все электроны достигнут цилиндра и будет идти некоторый постоянный ток $I_{0}$. При $B\gt B_{0}$ электроны не достигнут стенки цилиндра и ток будет отсутствовать. График зависимости $I(B)$ в вакууме будет в виде ступеньки:
б$\textbf{б. }$ 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 $2r\lt R$. Следовательно, при более высоком давлении происходит больше столкновений и ток сохраняется при больших $B$. Из графика условия задачи видно, что граничное значение магнитной индукции: