Elektron dalam medan listrik
Sejumlah besar perangkat elektronik - tabung vakum, tabung sinar katoda (pemancar dan penerima), segala jenis<индикаторы и др. используют процессы, происходящие в высоком вакууме (до 10 -8 – 10 -9 мм рт.ст., где возможно существование свободных электронов. Основным процессом, происходящим в этих приборах является взаимодействие движущегося электрона с электрическим, магнитным или смешанны м полях.
Hukum gerak satu elektron masuk medan listrik seragam dengan perkiraan tertentu, ia dapat diperluas ke geraknya dalam aliran elektron jika tolakan timbal balik elektron diabaikan.
Medan listrik dalam banyak kasus tidak homogen dan memiliki struktur yang sangat kompleks. Mempelajari gerak dalam medan listrik yang tidak seragam menghadirkan kesulitan yang besar. Jika ketidakhomogenan medan tidak signifikan, maka kita dapat berasumsi bahwa elektron bergerak sesuai dengan hukum yang diturunkan lapangan seragam. Undang-undang ini memungkinkan untuk mempertimbangkan dari sudut pandang kualitatif pergerakan elektron di medan dengan ketidakhomogenan yang signifikan.
Gambar 6.2. Pergerakan elektron dalam medan listrik yang dipercepat secara seragam – a); di medan pengereman seragam – b); dalam bidang melintang seragam –c).
Pada Gambar. 6.2 opsi disajikan gerak elektron dalam medan listrik seragam. Bidang ditampilkan sebagai saluran listrik(garis tegangan) antara dua elektroda (anoda dan katoda dioda datar).
Jika beda potensial antar elektroda adalah U dan jaraknya d, maka kuat medannya adalah E = U/d. Untuk bidang seragam, nilai E adalah konstan.
Biarkan sebuah elektron terbang keluar dari elektroda yang mempunyai potensial lebih rendah (katoda K) (Gbr. 6.2 - a) dengan energi kinetik Wо dan kecepatan awal vо diarahkan sepanjang garis medan. Dengan kata lain, elektron tertarik ke elektroda dengan potensial lebih tinggi (anoda A), yaitu. bidang adalah mempercepat.
Kuat medan secara numerik sama dengan gaya yang bekerja pada suatu satuan muatan positif. Oleh karena itu, gaya yang bekerja pada elektron adalah F = - e E. Tanda minus ditempatkan karena gaya F diarahkan berlawanan dengan vektor E. Kadang-kadang tanda ini tidak ditempatkan.
Di bawah pengaruh kekuatan konstan F elektron menerima percepatan a = F / m. Bergerak lurus, elektron memperoleh kecepatan tertinggi v dan energi kinetik W pada ujung lintasannya, mis. ketika mengenai elektroda ke arah mana ia terbang. Jadi, dalam medan percepatan, energi kinetik suatu elektron meningkat karena kerja medan untuk menggerakkan elektron. Sesuai dengan hukum kekekalan energi, semakin meningkat energi kinetik elektron W – Wо sama dengan kerja medan, yang ditentukan oleh produk muatan yang dipindahkan e dengan beda potensial yang dilewati U:
W – Wо = mv 2 / 2 - mvо 2 / 2 = eu (6.1)
Jika kecepatan awal elektron adalah nol, maka
W = mv 2 / 2 = eu, (6.2),
itu. energi kinetik sama dengan kerja medan.
Jika secara konvensional kita menganggap muatan elektron sebagai satuan listrik, maka pada U = 1V energi elektron diambil sebagai satuan energi, yang disebut elektron - volt(eV). Dalam kebanyakan kasus, lebih mudah untuk menyatakan energi elektron dalam eV daripada dalam joule.
Dari (6.2) ditentukan kecepatan akhir elektron
≈ 600 . (6.3.)
Nilai perkiraan kecepatan dalam ekspresi (6.3) diperoleh dengan mensubstitusi nilai muatan dan massa elektron; hasilnya mempunyai satuan km/detik jika tegangan dinyatakan dalam volt.
Dengan demikian, kecepatan elektron dalam medan percepatan hanya bergantung pada beda potensial yang melewatinya.
Misalkan kecepatan awal elektron vo berlawanan arah dengan gaya F yang bekerja pada elektron dari medan (Gbr. 6.2 - b), yaitu. elektron terbang keluar dengan kecepatan awal tertentu dari elektroda yang potensial lebih tinggi (anoda A). Karena gaya F diarahkan ke kecepatan vо, elektron melambat dan bergerak sama lambatnya. Bidang dalam hal ini disebut penghambatan. Energi elektron dalam medan pengereman berkurang karena pekerjaan dilakukan bukan oleh medan, tetapi oleh elektron itu sendiri, yang mengatasi hambatan gaya medan. Jadi, dalam medan pengereman, elektron mentransfer energi ke medan tersebut.
Jika energi awal suatu elektron adalah euо dan melewati beda potensial U dalam medan pengereman, maka energinya berkurang sebesar eu. Ketika euо > eu, elektron akan menempuh seluruh jarak antara elektroda dan menumbuk elektroda dengan potensial lebih rendah. Jika euо< eU, то, пройдя разность потенциалов Uо, электрон потеряет всю энергию, скорость его станет sama dengan nol dan ia akan segera mulai bergerak mundur. Dengan demikian, elektron melakukan gerakan yang mirip dengan terbangnya suatu benda yang dilempar vertikal ke atas.
Jika sebuah elektron terbang keluar dengan kecepatan awal vo tegak lurus terhadap arah garis gaya Medan listrik(Gbr. 6.2 - c), maka medan bekerja pada elektron dengan gaya F yang diarahkan ke potensial yang lebih tinggi. Tanpa adanya gaya F, elektron akan menjadi seragam gerak lurus oleh inersia dengan kecepatan vо. Dan di bawah pengaruh gaya F, elektron harus bergerak secara seragam ke arahnya tegak lurus terhadap vektor kecepatan kamu. Gerakan yang dihasilkan terjadi sepanjang parabola, dan elektron dibelokkan menuju elektroda positif. Jika elektron meninggalkan medan, seperti terlihat pada gambar, maka elektron akan terus bergerak secara inersia secara bujursangkar dan seragam. Hal ini serupa dengan gerak benda yang dilempar dengan kecepatan awal tertentu ke arah mendatar.
Medan listrik selalu berinteraksi dengan elektron, mengubah energi dan kecepatan geraknya ke satu arah atau lainnya, yaitu. Terjadi pertukaran energi antara medan dan elektron. Kecepatan elektron ketika mengenai elektroda hanya ditentukan oleh kecepatan awalnya dan beda potensial yang dilewatkan antara titik-titik akhir jalurnya.
Untuk medan listrik yang tidak seragam ditandai dengan bervariasi dan sering struktur yang kompleks. Ada banyak medan tidak homogen yang intensitasnya bervariasi dari satu titik ke titik lainnya menurut berbagai hukum. Yang paling sederhana adalah medan radial antara elektroda silinder (Gbr. 2).
Gambar 6.3. Gerak elektron dalam medan elektrostatis yang tidak seragam.
6.3,a). Jika kecepatan awal elektron yang dipancarkan dari elektroda dalam diarahkan sepanjang garis gaya, maka elektron akan bergerak lurus dan dipercepat sepanjang radius.
Dalam kasus yang lebih umum, bidang tak homogen memiliki garis-garis bidang yang berbentuk kurva. Jika bidang ini mempercepat(Gbr. 6.3, b), maka elektron dengan kecepatan awal vo bergerak sepanjang lintasan lengkung, yang mempunyai jenis kelengkungan yang sama dengan garis medan. Elektron dikenai medan oleh gaya F yang arahnya membentuk sudut terhadap vektor kecepatannya. Gaya ini membelokkan lintasan elektron dan meningkatkan kecepatannya. Jika elektron tidak mempunyai massa, sehingga tidak mempunyai inersia, ia akan bergerak sepanjang garis gaya. Namun, elektron mempunyai massa dan cenderung bergerak dalam garis lurus karena inersia. Gaya yang bekerja pada elektron diarahkan secara tangensial terhadap garis-garis gaya dan membentuk sudut tertentu dengan vektor kecepatan elektron. Oleh karena itu, lintasan elektron melengkung, tetapi “tertinggal” dalam kelengkungan ini dari garis gaya karena inersia elektron.
DI DALAM menghambat dalam medan yang tidak seragam (Gbr. 6.3, c), gaya yang bekerja pada elektron dari medan juga membengkokkan lintasan elektron dan mengurangi kecepatan pergerakannya. Namun lintasannya dibengkokkan ke arah yang berlawanan dengan arah garis gaya, yaitu. elektron cenderung menjauhi garis gaya.
Mari kita perhatikan gerak aliran elektron dalam medan listrik yang tidak seragam, dengan mengabaikan interaksinya satu sama lain. Pada Gambar. 6.4, dan gerakan
Gambar 6.4. Pemfokusan dan dispersi berkas elektron dalam medan listrik yang tidak seragam.
aliran elektron dalam medan listrik yang dipercepat, garis-garis gaya yang menyatu pada arah gerak elektron. Bidang seperti ini biasa disebut berkumpul. Biarkan aliran elektron terbang ke medan ini, yang ditunjukkan pada gambar hanya dengan dua elektron terluar dan satu elektron tengah - untuk menyederhanakan gambar. Jelas sekali bahwa lintasan elektron dalam medan percepatan dibengkokkan ke arah garis gaya. Akibatnya, elektron-elektron saling mendekat, yaitu. sedang terjadi fokus aliran elektron menyerupai fokus fluks bercahaya menggunakan lensa pengumpul.
Jika garis-garis medan yang searah dengan gerak elektron menyimpang (Gbr. 6.4, b), maka medan tersebut dapat disebut berbeda. Di dalamnya, elektron, sekali lagi bergerak menuju garis gaya, menjauh satu sama lain dan aliran elektron menghilang. Medan aliran elektron seperti itu disebut “lensa hamburan”.
Jika medan konvergen melambat (Gbr. 6.4.c), maka aliran elektron dihamburkan dengan penurunan kecepatan pergerakannya, dan pada medan divergen yang melambat, aliran elektron terfokus.
Mari kita perhatikan perilaku aliran elektron yang terbang dengan kecepatan awal tertentu vo celah antara dua elektroda, dimana tegangan periodik bolak-balik diterapkan. Proses ini dapat dengan mudah dianalisis menggunakan diagram ruang-waktu yang mencerminkan posisi elektron dalam ruang pada waktu yang berbeda. Gambar 6.5 menunjukkan diagram elektron yang meninggalkan celah di mana elektron tersebut diberi tegangan gigi gergaji. Karena elektron di luar celah bersifat elektrik
Gambar 6.5. Modulasi elektron dalam kecepatan dan kepadatan dalam medan listrik bolak-balik.
medan tidak beraksi, maka lintasan geraknya berupa garis lurus yang kemiringannya tergantung kecepatannya. Karena semua elektron memasuki celah dengan kecepatan awal yang sama vо, maka elektron genap 0, 2, 4, 6, 8 meninggalkan celah ini tanpa mengubah kecepatannya, karena medan pada momen tersebut adalah nol. Dalam hal ini, lintasan gerak elektron-elektron tersebut adalah garis lurus sejajar dengan kemiringan tergantung pada kecepatan vо. Elektron 1 (serta 5, 9, dst.) dikenai maksimum penghambatan medan, oleh karena itu kecepatannya berkurang dibandingkan dengan kecepatan awal, yang ditampilkan dengan garis lurus dengan kemiringan lebih kecil dari elektron 2. Elektron 3 (serta 7, 11, dst.) dipengaruhi oleh maksimum mempercepat medan, oleh karena itu kecepatannya meningkat dibandingkan dengan kecepatan awal, yang ditunjukkan oleh garis lurus dengan kemiringan lebih besar dari elektron 2. Akibatnya modulasi kecepatan elektron sedang terjadi modulasi aliran elektron berdasarkan kepadatan, karena lintasan elektron 1 dan 3 (serta 5 dan 7, dst.) berpotongan di satu titik dengan elektron 2 (6, 10, ...) dan gugus (paket) elektron terbentuk di sekitar elektron ini pada jarak tertentu. d dari elektroda. Dengan cara yang sama, semua elektron yang terbang keluar dari celah (dalam hal ini disebut modulator) dikelompokkan selama setengah periode tegangan bolak-balik dari t1 ke t3. Adapun elektron yang terbang melalui modulator sebelum momen t1 dan setelahnya momen t3, maka terlihat dari grafik tidak berkelompok. Pengelompokan diulangi lebih lanjut pada jarak d, 2d, 3d, dst. dari modulator.
Interaksi pergerakan elektron dengan medan listrik merupakan proses dasar pada semua perangkat elektronik. Kita asumsikan bahwa elektron bergerak dalam ruang hampa, yaitu tanpa tumbukan dengan partikel lain. Pergerakan ini terjadi pada tabung vakum. Pada perangkat pelepasan gas dan semikonduktor, pergerakannya lebih rumit, karena elektron bertabrakan dengan ion dan partikel materi lainnya. Pertama-tama perlu diperhatikan pergerakan elektron dalam medan listrik yang seragam dan konstan terhadap waktu.
Hukum gerak satu elektron dalam medan listrik seragam, dengan perkiraan yang diketahui, dapat diterapkan pada geraknya dalam aliran elektron, jika tolak-menolak elektron diabaikan.
Medan listrik dalam banyak kasus tidak homogen dan strukturnya sangat kompleks. Mempelajari gerak elektron dalam medan listrik tak homogen sangatlah sulit dan termasuk dalam bidang elektronika yang disebut optik elektron. Jika ketidakhomogenan medan tidak signifikan, maka kita dapat berasumsi bahwa elektron bergerak sesuai dengan hukum yang diturunkan untuk medan seragam. Undang-undang ini memungkinkan untuk mempertimbangkan dari sudut pandang kualitatif pergerakan elektron di medan dengan ketidakhomogenan yang signifikan.
Ingatlah bahwa elektron adalah partikel materi yang negatif muatan listrik, nilai mutlak yang e= 1,6 10∧-19 Kl. Massa elektron yang diam adalah m = =9,1 10∧-28 g. Dengan bertambahnya kecepatan, massa elektron bertambah. Secara teoritis dengan kecepatan Dengan= 3 10∧8 m/s, besarnya akan menjadi tak terhingga. Secara biasa perangkat vakum listrik kecepatan elektron tidak melebihi 0,1 Dengan dan massa elektron dapat dianggap konstan.
Gerak elektron dalam medan percepatan.
Gambar tersebut menunjukkan dalam bentuk garis gaya (garis tegangan) medan listrik seragam antara dua elektroda, misalnya katoda dan anoda dioda.
Jika beda potensial antar elektroda kamu, dan jarak di antara keduanya D, maka kekuatan medan:
Untuk bidang seragam nilainya E adalah konstan.
Misalkan dari elektroda yang mempunyai potensial lebih rendah, misalnya dari katoda KE, sebuah elektron dipancarkan dengan energi kinetik Wah dan kecepatan awal Ya diarahkan sepanjang garis lapangan. Medan tersebut mempercepat pergerakan elektron. Dengan kata lain, elektron tertarik ke elektroda yang mempunyai potensial lebih tinggi. DI DALAM pada kasus ini bidang tersebut disebut percepatan.
Kuat medan secara numerik sama dengan gaya yang bekerja pada satuan muatan positif. Oleh karena itu, gaya yang bekerja pada elektron adalah:
Tanda minus ditempatkan karena kekuatan F diarahkan ke arah yang berlawanan dengan vektor E. Terkadang tanda ini tidak dipasang.
Di bawah kekuatan konstan F elektron mendapat percepatan a = F/m. Bergerak dalam garis lurus, elektron memperoleh kecepatan tertinggi V dan energi kinetik W di ujung jalurnya, yaitu ketika ia mengenai elektroda tempat ia terbang. Jadi, dalam medan percepatan, energi kinetik elektron meningkat karena kerja medan untuk menggerakkan elektron. Sesuai dengan hukum kekekalan energi, terjadi peningkatan energi kinetik elektron A—Wo sama dengan kerja medan, yang ditentukan oleh hasil kali muatan yang dipindahkan e dengan beda potensial yang telah dilewatinya kamu:
Jika kecepatan awal elektron sama dengan nol, maka:
itu. energi kinetik elektron sama dengan usaha yang dilakukan medan.
Rumusnya, dengan beberapa perkiraan, juga dapat diterapkan ketika kecepatan awal Ya jauh lebih kecil dari kecepatan akhir V, karena dalam hal ini:
Jika secara konvensional kita menganggap muatan elektron sebagai satuan listrik, maka pada U = 1 V energi elektron diambil sebagai satuan energi, yang disebut elektron volt (eV). Dalam kebanyakan kasus, lebih mudah untuk menyatakan energi elektron dalam elektron volt daripada dalam joule.
Kami menentukan kecepatan elektron:
Mengganti nilai di sini e Dan M, Anda bisa mendapatkan ekspresi yang sesuai untuk kecepatan dalam meter atau kilometer per detik:
Jadi, kecepatan elektron dalam medan percepatan bergantung pada beda potensial yang melewatinya.
Lebih mudah untuk menyatakan energi elektron awal dalam elektron volt, mengingat persamaan:
yaitu, mengingat energi ini diciptakan oleh medan percepatan dengan beda potensial kamu.
Kecepatan elektron bahkan dengan beda potensial yang kecil sangatlah signifikan. Pada U = 1 V kecepatannya adalah 600 km/s, dan pada U = 100 V sudah menjadi 6000 km/s.
Ayo cari waktu T lewatnya elektron di antara elektroda, ditentukan menggunakan kecepatan rata-rata:
kecepatan rata-rata gerak dipercepat beraturan sama dengan setengah jumlah kecepatan awal dan akhir:
Mengganti nilai kecepatan akhir di sini, kita memperoleh waktu penerbangan dalam hitungan detik:
inilah jaraknya D dinyatakan dalam meter, dan jika dinyatakan dalam milimeter, maka:
Misalnya waktu terbang elektron pada d = 3 mm dan U = 100V:
Karena ketidakhomogenan medan, penghitungan waktu penerbangan elektron pada perangkat elektronik menjadi lebih rumit. Dalam praktiknya, waktu ini adalah 10^-10 detik. Dalam banyak kasus, waktu penerbangan yang begitu singkat dapat diabaikan. Namun tetap saja, karena elektron memiliki massa, mereka tidak dapat langsung mengubah kecepatannya dan langsung menempuh jarak antar elektroda. Pada frekuensi ultra dan ultra tinggi (ratusan dan ribuan megahertz), waktu terbang elektron menjadi sebanding dengan periode osilasi. Misalnya, pada f = 1000 MHz, periodenya adalah T = 10^-9 s. Perangkat tidak lagi bebas inersia atau inersia rendah. Dengan kata lain, muncul inersia elektron, yang praktis tidak berpengaruh pada operasi pada frekuensi rendah dan tinggi. Pada frekuensi ini, periode osilasi T jauh lebih lama daripada waktu terbang elektron; tegangan bolak-balik pada elektroda tidak mempunyai waktu untuk berubah secara nyata selama penerbangan, yaitu kita dapat berasumsi bahwa penerbangan elektron terjadi pada tegangan elektroda konstan.
Mode operasi pada tegangan elektroda konstan disebut mode statis. Ketika tegangan pada setidaknya satu elektroda berubah begitu cepat sehingga hukum mode statis tidak dapat diterapkan, mode tersebut disebut dinamis. Jika tegangan berubah dengan frekuensi rendah, sehingga fenomena tersebut dapat dianggap kira-kira menggunakan hukum rezim statis, maka rezim tersebut disebut kuasi-statis. Ekspresi energi, kecepatan dan waktu terbang tetap berlaku untuk setiap bagian jalur elektron. Dalam hal ini nilai-nilainya W,V,t,d,U hanya berlaku untuk area ini. Jika kuat medan berbeda pada daerah yang berbeda, maka pada daerah tertentu elektron akan terbang dengan percepatan yang berbeda-beda, dan kecepatan akhir elektron hanya ditentukan oleh beda potensial terbatas dan kecepatan awalnya. Dari hukum kekekalan energi maka beda potensial berhingga kamu sama dengan jumlah aljabar perbedaan potensial masing-masing bagian. Oleh karena itu, kenaikan total energi kinetik sama dengan hasil kali Uni Eropa.
Gerak elektron dalam medan pengereman.
Biarkan kecepatan awal elektron Ya berlawanan arah dengan gaya tersebut F, bekerja pada elektron dari medan (lihat gambar), mis. elektron terbang keluar dengan kecepatan awal tertentu dari elektroda yang potensial lebih tinggi. Sejak kekuatannya F diarahkan ke arah kecepatan Ya, maka elektron melambat dan bergerak sama lambatnya. Bidang dalam hal ini disebut pengereman. Energi elektron dalam medan pengereman berkurang karena pekerjaan dilakukan bukan oleh medan, tetapi oleh elektron itu sendiri, yang mengatasi hambatan gaya medan. Jadi, dalam medan pengereman, elektron menyerahkan energinya ke medan tersebut.
Jika energi awal elektron adalah euo dan melewati beda potensial pada medan pengereman kamu, maka energinya berkurang sebesar Uni Eropa. Kapan eUp > Uni Eropa, elektron akan menempuh seluruh jarak antara elektroda dan menumbuk elektroda dengan potensial lebih rendah. Jika euo< eU , kemudian, setelah melewati beda potensial Uo, elektron akan kehilangan seluruh energinya, kecepatannya menjadi nol dan mulai berakselerasi kembali. Dengan demikian, elektron melakukan gerakan yang mirip dengan terbangnya suatu benda yang dilempar vertikal ke atas.
Gerak elektron dalam medan transversal seragam.
Jika sebuah elektron dikeluarkan dengan kecepatan awal Ya tegak lurus terhadap arah garis medan (lihat gambar), maka medan bekerja pada elektron dengan suatu gaya F, diarahkan pada potensi yang lebih tinggi. Dengan tidak adanya kekuatan F elektron akan melakukan gerak lurus beraturan secara inersia dengan kecepatan Ya. Dan di bawah pengaruh kekuatan F elektron harus bergerak seragam dalam arah tegak lurus Ya. Gerakan yang dihasilkan terjadi sepanjang parabola, dengan elektron dibelokkan menuju elektroda positif. Jika elektron meninggalkan medan, seperti ditunjukkan pada gambar, maka elektron akan terus bergerak secara inersia secara bujursangkar dan seragam. Hal ini serupa dengan gerak benda yang dilempar dengan kecepatan awal tertentu pada arah mendatar. Di bawah pengaruh gravitasi, benda seperti itu akan bergerak sepanjang lintasan parabola tanpa adanya udara.
Medan listrik selalu mengubah energi dan kecepatan elektron dalam satu arah atau lainnya. Jadi, selalu ada interaksi energik antara elektron dan medan listrik, yaitu pertukaran energi. Kecepatan elektron ketika mengenai elektroda hanya ditentukan oleh kecepatan awal dan beda potensial yang dilewatkan antara titik-titik akhir lintasan.
Sumber - Zherebtsov I.P. Dasar-dasar Elektronika (1993)
Interaksi elektron dengan medan listrik merupakan proses utama dalam perangkat elektrovakum dan semikonduktor.
Elektron adalah partikel materi yang bermuatan listrik negatif, yang nilai absolutnya e = 1,610-19 C. Massa elektron diam adalah m = 9,110-28 g. Ketika kecepatan gerakan meningkat, massa elektron meningkat. secara teoritis, pada kecepatan gerak yang sama dengan c = 3·108 m/s, massa elektron akan menjadi sangat besar. Pada perangkat vakum listrik konvensional, kecepatan elektron tidak melebihi 0,1 s. Dalam kondisi ini, kita dapat menganggap konstanta massa elektron sama dengan T.
Jika beda potensial antar elektroda kamu, dan jarak di antara mereka D, maka kuat medannya adalah: E=U/hari. Untuk medan listrik seragam, besarnya E adalah konstan.
Biarkan elektron dengan energi kinetik dipancarkan dari elektroda yang mempunyai potensial lebih rendah, misalnya dari katoda W0 dan kecepatan awal v0, diarahkan sepanjang garis lapangan. Medan tersebut bekerja pada elektron dan mempercepat pergerakannya menuju elektroda yang mempunyai potensial lebih tinggi, seperti anoda. Artinya, elektron tertarik ke elektroda dengan potensial lebih tinggi. Dalam hal ini bidang tersebut dipanggil mempercepat.
Pada medan percepatan, energi kinetik elektron bertambah akibat kerja medan untuk menggerakkan elektron. Sesuai dengan hukum kekekalan energi, terjadi peningkatan energi kinetik elektron WW 0 sama dengan kerja lapangan, yang ditentukan oleh produk muatan yang dipindahkan e tentang beda potensial U : W-W! = mv2/2 – mv20/2 = Uni Eropa. Jika kecepatan awal elektron adalah nol, maka W0 = mv20/2 = 0 dan W= mv2/2 = eU, yaitu energi kinetik elektron sama dengan kerja medan. Kecepatan elektron dalam medan percepatan bergantung pada beda potensial yang dilewatinya.
Biarkan arahnya kecepatan awal elektron v0 kebalikan dari kekuatan F, bekerja pada elektron dari medan, yaitu elektron terbang keluar dengan kecepatan awal tertentu dari elektroda yang potensial lebih tinggi. Sejak kekuatannya F diarahkan menuju kecepatan v0, maka elektron diperlambat dan bergerak lurus secara seragam lebih lambat. Bidang dalam hal ini disebut pengereman. Akibatnya, medan ini mengalami percepatan pada beberapa elektron, dan melambat pada elektron lainnya, bergantung pada arah kecepatan awal elektron. Dalam medan pengereman, elektron melepaskan energinya ke medan tersebut. DI DALAM arah sebaliknya elektron bergerak tanpa kecepatan awal dalam medan percepatan, yang mengembalikan energi yang hilang selama gerak lambat ke elektron.
Jika sebuah elektron terbang dengan kecepatan awal v0 tegak lurus terhadap arah garis medan, maka medan tersebut bekerja pada elektron dengan gaya F, ditentukan oleh rumus f = eE dan diarahkan pada potensi yang lebih tinggi. Jika tidak ada kekuatan, maka Rpotensial akan berkomitmen gerak seragam secara inersia dengan kecepatan v0. Dan di bawah pengaruh kekuatan F elektron harus bergerak seragam dalam arah tegak lurus terhadap v0. Gerakan elektron yang dihasilkan terjadi sepanjang parabola, dengan elektron dibelokkan menuju elektroda positif. Jika elektron tidak mengenai elektroda ini dan melampaui medan, maka elektron akan terus bergerak secara inersia secara bujursangkar dan seragam. Elektron bergerak sepanjang parabola tertentu, dan mengenai salah satu elektroda atau meninggalkan medan.
Elektroda-elektroda tersebut sejajar bidang pada jarak d satu sama lain (Gbr. 3.1).
Persamaan Laplace yang berbentuk , setelah integrasi direduksi menjadi persamaan
Beras. 3.1 – Pergerakan elektron dalam medan listrik seragam
Persamaan gerak elektron pada sistem koordinat persegi panjang dibagi menjadi tiga persamaan:
Dalam hal ini, tidak ada medan magnet, dan medan listrik memiliki satu komponen. Maka sistem persamaannya akan ditulis sebagai
Misalkan saat ini elektron berada pada titik asal koordinat dan bergerak dengan kecepatan “”, yang komponennya sepanjang sumbu x dan y, dan komponen kecepatan sepanjang z sama dengan nol. Kemudian integrasi menghasilkan persamaan:
Setelah mengintegrasikan kembali dua persamaan pertama, kita mendapatkan
Konstanta integrasi dalam kedua kasus sama dengan nol, karena pada saat awal integrasi persamaan ketiga menghasilkan.
Mari kita kecualikan:
Kami memperoleh persamaan lintasan elektron:
Terlihat pergerakan terjadi sepanjang parabola (kurva 1 pada Gambar 3.1), menghadap ke atas secara cembung. Analisis menunjukkan bahwa titik puncak parabola ini memiliki koordinat 
Bergerak sepanjang lintasan ini, elektron kembali ke sumbu x di titik dengan koordinat:
Jika vektor kuat medan diarahkan ke arah yang berlawanan 
maka tanda suku pertama persamaan lintasan elektron berubah:
itu. dalam hal ini elektron akan bergerak sepanjang lintasan 2 (pada Gambar 3.1). Ini adalah ruas parabola yang simetris terhadap titik asal parabola 1.
3.3 Gerak elektron dalam medan magnet seragam
D
Dengan tidak adanya medan listrik, sistem persamaan gerak elektron berbentuk: 
M
=
–
e
(
pada
DI DALAM z
–
z B kamu);
M
= – e(
z B X
–
X B z);
M
=– –e(
X B kamu
–
kamu B X),
atau tergantung pada kondisi B X =B z =0, A DI DALAM pada = – B:
M
= eB
z ;
M
=
0;
M
=e B
X .
Integrasi persamaan kedua sistem dengan memperhatikan kondisi awal: kapan t= 0, kamu = yo mengarah ke hubungan:
itu. menunjukkan bahwa medan magnet tidak mempengaruhi komponen kecepatan elektron pada arah garis medan.
Solusi gabungan persamaan pertama dan ketiga sistem, terdiri dari diferensiasi waktu pertama dan substitusi nilainya D z /dt dari yang ketiga, mengarah pada persamaan yang berkaitan dengan kecepatan elektron x seiring waktu:
=
0,
Di mana 
Solusi persamaan jenis ini dapat direpresentasikan sebagai:
X = Acos t + C dosa T,
dan dari kondisi awal di T=0, X = xo ,D X /dt = 0(yang mengikuti persamaan pertama sistem, karena zo = 0 ) maka dari itu
X = xo karena T.
Selain itu, membedakan persamaan ini dengan mempertimbangkan persamaan pertama sistem menghasilkan ekspresi:
z = xo dosa T.
Perhatikan bahwa mengkuadratkan dan menjumlahkan dua persamaan terakhir menghasilkan persamaan:
X 2 + z 2 = xo 2 = konstanta,
yang sekali lagi menegaskan bahwa medan magnet tidak mengubah nilai kecepatan total (energi) elektron.
Sebagai hasil dari integrasi persamaan yang mendefinisikannya x , kita mendapatkan:
x = 
dosa
T,
konstanta integrasi sesuai dengan kondisi awal adalah nol.
Mengintegrasikan persamaan kecepatan z dengan mempertimbangkan fakta bahwa kapan z = 0, T=0 memungkinkan kita mencari ketergantungan waktu pada koordinat Z elektron:
Memecahkan dua persamaan terakhir untuk dosa T Dan karena T, Dengan mengkuadratkan dan menjumlahkan, setelah transformasi sederhana kita memperoleh persamaan proyeksi lintasan elektron pada bidang XOZ:
Ini adalah persamaan lingkaran dengan jari-jari r =
/
, yang bagian tengahnya terletak pada sumbu z pada jarak R dari titik asal (Gbr. 3.2). Lintasan elektron sendiri berbentuk spiral silinder berjari-jari 
dengan langkah-langkah 
.
Dari persamaan yang diperoleh juga terlihat kuantitasnya 
mewakili frekuensi melingkar elektron yang bergerak sepanjang lintasan ini.
Pada perangkat elektronik, pergerakan elektron bebas terjadi di bawah pengaruh medan listrik atau magnet. Tergantung pada arah kecepatan awal elektron, medan listrik dapat dipercepat, diperlambat, atau diubah arah.
Katakanlah kita memiliki dua elektroda yang saling sejajar, anoda dan katoda, yang terletak dalam ruang hampa. Medan listrik akan tercipta di antara keduanya dengan intensitas sebagai berikut:
E – kuat medan listrik
U – beda potensial (tegangan)
d – jarak antar elektroda
Jika sebuah elektron bermuatan e ditempatkan dalam medan listrik dengan intensitas E, maka gaya medan listrik yang bekerja padanya sebesar:
Gaya medan listrik diarahkan dari katoda ke anoda.
Jika kelajuan awal elektron sama dengan nol dan bertepatan dengan arah medan listrik, maka elektron yang ditempatkan pada medan tersebut mengalami percepatan dan akan berpindah dari titik yang potensial lebih tinggi. Pada saat yang sama, kecepatan dan energi kinetiknya akan meningkat. Pergerakan elektron akan dipercepat secara seragam.
Berdasarkan hukum kekekalan energi, pertambahan energi kinetik elektron harus sama dengan usaha yang dilakukan medan listrik ketika elektron bergerak.
A- Pekerjaan
M– Massa elektron
ѵ – kecepatan bergerak
ѵн- kecepatan awal
kamu 2– potensi pada titik akhir
kamu 1– potensi di titik awal
kamu– Beda potensial atau tegangan
Jika kecepatan awalnya nol, maka elektron hanya akan bergerak di bawah pengaruh medan.
Dari setiap rumus Anda dapat menentukan kecepatan di ujung lintasan.
Jika 
Kemudian 
Dari rumus ini dapat disimpulkan bahwa kecepatan gerak elektron tidak hanya dapat dinyatakan dalam kg ∕ s tetapi juga dalam V.
Mari kita nyatakan gaya medan listrik dalam massa dan percepatan:
a- Akselerasi
Jarak yang ditempuh d dapat ditentukan dengan rumus:
Mengganti nilai e dan m ke dalam rumus, kita memperoleh rumus untuk menghitung waktu terbang elektron
T– Dinyatakan dalam hitungan detik
A– jarak dinyatakan dalam milimeter
kamu– Dinyatakan dalam Volt
Waktu terbangnya sangat singkat dan tidak diperhitungkan dalam banyak perangkat praktis, oleh karena itu tabung elektron dapat dianggap sebagai perangkat bebas inersia.
Jika sebuah elektron berpindah dari titik yang potensialnya lebih tinggi ke titik yang potensialnya lebih rendah, maka kecepatan dan energi kinematikanya berkurang.
Bila vektor kecepatan awal diarahkan tegak lurus terhadap arah kerja gaya medan listrik, maka lintasan elektron akan berbentuk parabola.
Medan magnet tidak mengubah energi elektron yang bergerak, tetapi hanya mengubah lintasan pergerakannya.
Prinsip pengoperasian perangkat elektronik didasarkan pada fenomena tersebut emisi elektronik– proses elektron meninggalkan permukaan padat ke dalam ruang hampa.
Seperti diketahui, elektron bebas dalam bahan penghantar berada dalam gerak kacau terus menerus. Dalam kondisi normal, elektron tidak dapat melampaui permukaan benda, karena hal ini dicegah oleh gaya interaksi listrik antara elektron dan benda. Energi dalam elektron tidak cukup untuk mengatasi gaya-gaya ini. Oleh karena itu, ia perlu diberikan tenaga tambahan. Energi tambahan terkecil yang harus diberikan kepada elektron dari luar agar dapat meninggalkan permukaan benda disebut fungsi kerja dan dilambangkan dengan Ya. Itu diukur dalam elektron volt. Semakin rendah W o, semakin baik sifat emisi logam tersebut.
Tergantung pada jenis energi yang digunakan untuk fungsi kerja elektron, ada beberapa jenis emisi elektron:
termionik
Fotoelektronik
Sekunder
Elektrostatis
Emisi termionik adalah proses emisi elektron dari permukaan logam yang dipanaskan. Jenis emisi ini banyak digunakan pada perangkat vakum. Semakin tinggi suhu dan semakin rendah fungsi kerjanya, semakin banyak elektron yang mempunyai cukup energi untuk mengatasi gaya pengekang.
Emisi fotoelektron– proses elektron meninggalkan permukaan logam yang disinari dengan energi radiasi. Akibat penyerapan energi fluks cahaya, energi elektron dalam logam meningkat. Fenomena ini disebut efek foto.
Emisi elektron sekunder– emisi elektron dari permukaan logam ketika disinari oleh aliran elektron. Dalam hal ini elektron yang jatuh pada permukaan logam disebut utama, dan mengalir dari logam sekunder.
Emisi elektrostatis (bidang elektronik).– emisi elektron dari permukaan logam dingin di bawah pengaruh percepatan yang kuat Medan gaya. Pengaruh medan listrik luar setara dengan penurunan fungsi kerja elektron.
Lampu dua elektroda.
Tabung vakum yang mengandung dua elektron pada bohlamnya disebut tabung dua elektroda atau dioda.
Katoda dioda dapat dipanaskan secara langsung atau tidak langsung.
Ketika dioda beroperasi, tegangan diterapkan ke anoda relatif terhadap katoda, yang menciptakan medan listrik di ruang antarelektroda. Jika tegangan positif diterapkan ke anoda relatif terhadap katoda, maka elektron yang dipancarkan oleh katoda yang dipanaskan, di bawah pengaruh medan listrik, akan mengalir ke anoda, menciptakan arus. Arus ini disebut anodik dan diarahkan dari anoda ke katoda, dengan arah yang berlawanan dengan pergerakan elektron.
Ketika tegangan negatif diterapkan ke anoda relatif terhadap katoda, medan listrik pengereman tercipta di ruang di antara keduanya. Dalam hal ini, arus anoda berhenti, karena elektron di bawah pengaruh medan kembali ke katoda. Dengan demikian, arus yang melalui dioda hanya dapat mengalir dalam satu arah.
