7.3.10. Устройство для выделения из электронного пучка электронов с определенной скоростью состоит из плоского конденсатора длины $l$, перекрытого с двух сторон экранами с входным отверствием A и длинным выходным каналом B. На пластины конденсатора подается переменное напряжение с частотой $\omega$ и амплитудой $V_{0}$. Расстояние между пластинами $d$.
$\textbf{а. }$ Какова скорость электронов, выделяемых устройством из электронного пучка, влетающего параллельно пластинам?
$\textbf{б. }$ На сколько отверстие A должно быть уже канала B, чтобы выделенная группа электронов прошла через канал?
К задаче $7.3.10$
Решение
$\textbf{а. }$ Направим ось $x$ вдоль пластин конденсатора, а ось $y$ перпендикулярно. Пусть электроны влетают в конденсатор параллельно пластинам со скоростью $\upsilon$. Так как вдоль оси $x$ силы не действуют, эта скорость остается постоянной. Время пролета конденсатора:
$$\tau=\frac{l}{\upsilon}$$
Переменное напряжение на пластинах создает электрическое поле:
$$E(t)=\frac{V_{0}}{d}\sin\omega t$$
Уравнение движения электрона вдоль оси $y$:
$$m\frac{d\upsilon_{y}}{dt}=eE(t)=\frac{eV_{0}}{d}\sin\omega t \tag{1}$$
Пусть электрон влетает в конденсатор в момент времени $t_{0}$ с начальной скоростью $\upsilon_{y}(t_{0})=0$, тогда интегрируя (1) получим:
Поскольку канал B длинный, даже малая поперечная скорость приведёт к уходу электрона на стенку канала. Поэтому необходимо $\upsilon_{y}(t_{0}+\tau)=0$, отсюда:
Поскольку входной пучок непрерывен и момент влёта электрона относительно фазы поля случаен, устройство должно пропускать электроны выбранной скорости независимо от фазы их влёта. Это возможно только тогда, когда: