Mắt điện tử

32

điện tử
mắt

Ứng viên khoa học sư phạm
V. S. DANYUSHENKOV

Chắc hẳn nhiều bạn trong lớp vật lý đã để ý đến một thiết bị trông giống như một chiếc TV có màn hình tròn nhỏ. Khi nó hoạt động, nhiều đường phát sáng khác nhau sẽ “chạy” trên màn hình của nó. Thiết bị này được gọi là biểu đồ dao động. Nó được sử dụng để ghi lại trên màn hình các quá trình vật lý xảy ra nhanh chóng mà mắt người không thể nhìn thấy được. Do đó, thiết bị mở rộng khả năng nhận thức của chúng ta trong việc tìm hiểu các hiện tượng tự nhiên. Đối với tính năng này, máy hiện sóng thường được gọi là “mắt điện tử”.

Điều chính là ống

Bộ phận chính của máy hiện sóng là một ống tia âm cực (hoặc đơn giản là “điện tử”). Nó là một hình trụ thủy tinh có hình dạng đặc biệt mà gần như toàn bộ không khí đã được bơm ra ngoài. Bên trong hình trụ có một “súng điện tử” để tạo ra chùm tia điện tử và cơ cấu điều khiển chùm tia này (Hình 1). Chúng ta sẽ nói về cách thức hoạt động của ống sau. Đầu tiên, một chút lịch sử.

Nguyên mẫu của ống điện tử hiện đại là ống phóng khí, với sự trợ giúp của ống phóng điện khí, người Anh W. Crookes đã nghiên cứu các quá trình truyền dòng điện qua các loại khí loãng. Ống này là một hộp thủy tinh có các điện cực được đúc bên trong; xi lanh được nối với một máy bơm để bơm không khí ra khỏi nó. Crookes phát hiện ra rằng khi các điện cực được nối với nguồn điện áp, các tia chưa xác định xuất hiện bên trong ống.

25 năm sau, nhà vật lý người Pháp J. Perrin đã chứng minh rằng những tia này là một dòng hạt tích điện âm, nguồn gốc của nó là bề mặt đóng gói của điện cực âm - cực âm. Perrin được đặt ở phía trước

Súng điện tử
Nước mắt huyết tương
Màn hình

Hình 1.

33

cực âm là một hình trụ kim loại rỗng, được nối với nguồn điện (Hình 2). Khi điện áp được đặt vào các điện cực, các cánh của nhựa điện tích điện và phân tán. Khi đưa một thanh thủy tinh tích điện dương vào nước điện, các cánh hoa trở về vị trí ban đầu. Do đó, một điện tích âm tích tụ trên xi lanh trong quá trình vận hành ống. Peren đưa nam châm vào ống sao cho nó đối diện với khoảng trống giữa cực âm và hình trụ rỗng. Đồng thời, muỗng điện không sạc được. Điều này có nghĩa là các hạt tích điện âm, khi không có nam châm chạm vào xi lanh, sẽ bay ra khỏi cực âm. Từ trường làm chệch hướng các hạt này lên thành ống. Trong thí nghiệm này, lần đầu tiên việc điều khiển từ tính đối với dòng hạt tích điện đã được thực hiện.

Bạn có thể thấy tác dụng của từ trường lên dòng điện tử bằng cách giữ một nam châm ở gần TV. Hình ảnh trên màn hình sẽ dịch chuyển lên hoặc xuống tùy thuộc vào dải mà bạn hướng nam châm về phía nào.

Năm 1897, nhà vật lý người Đức K. Braun đã tạo ra một ống tia được điều khiển từ tính có hình dạng

Hình 2.

tương tự như ống điện tử hiện đại.

Cùng năm đó, nhà vật lý người Anh J. J. Thomson, sử dụng ống này, đã chỉ ra rằng các tia phát ra từ cực âm là một dòng electron. Trong thí nghiệm của mình, Thomson đã đi tiên phong trong phương pháp điện điều khiển dòng điện tử. Bằng cách đặt hai bản song song trước cực âm, nối với các cực của pin điện, ông thấy rằng các tia đi vào điện trường giữa các bản đã lệch khỏi đường đi ban đầu.

Bạn có thể thấy điện trường tác dụng lên các hạt tích điện như thế nào bằng cách tiếp tục thí nghiệm này. Lấy hai tấm nhôm hoặc nắp nồi có tay cách nhiệt và gia cố chúng song song với nhau.

Tạo một quả bóng tròn (hoặc ống bọc) từ giũa và gắn một sợi chỉ vào nó. Sau đó lấy một thanh gỗ mun và chà xát nó bằng một mảnh lụa; trong trường hợp này thanh trở nên nhiễm điện âm. Đầu tiên, chỉ cần chạm nhẹ vào cây gậy, hãy sạc quả bóng, sau đó là một trong các tấm. Sau đó chà que bằng một mảnh giấy. Trong trường hợp này, nó được nhiễm điện dương. Sạc gậy bằng tấm thứ hai. Bây giờ mọi thứ đã sẵn sàng cho cuộc thử nghiệm. Hạ quả bóng xuống sợi dây giữa các tấm. Bạn sẽ thấy quả bóng bị lệch về phía tấm tích điện sọc.

Điện trường tác dụng tương tự lên các electron trong ống tia âm cực. Khi di chuyển giữa các tấm điều khiển, toàn bộ dòng electron lệch khỏi đường đi ban đầu

34

về phía tấm nối với cực dương của pin.

Súng điện tử

Chúng ta đã nói rằng nguồn electron trong ống là một điện cực tích điện âm - cực âm. Bất kỳ dây dẫn nào cũng chứa một số lượng lớn các electron chuyển động liên tục. Hầu hết các electron chuyển động với tốc độ gần như giống nhau về giá trị tuyệt đối. Nhưng có những electron có tốc độ lớn hơn nhiều so với tốc độ trung bình. Những electron như vậy, nếu chúng ở gần bề mặt của vật dẫn điện, có thể “thoát” qua bề mặt và “bốc hơi” (tình huống này tương tự như quá trình bay hơi của chất lỏng). Ở nhiệt độ phòng, phần electron này không có tác dụng. Sự bay hơi của các electron khỏi bề mặt vật dẫn nóng rất mạnh.

Cực âm của ống điện tử (một dây dẫn mỏng) được nung nóng đỏ bằng cách cho một dòng điện chạy qua nó và các electron bay hơi khỏi bề mặt cực âm.

Bạn có thể xác minh rằng các electron sẽ bay hơi khi dây dẫn được làm nóng bằng một thí nghiệm đơn giản. Đối với thí nghiệm, bạn cần một đèn sợi đốt, một mảnh giấy bạc và máy ép trái cây điện. Bạn có thể tự mình làm phần điện tử. Để làm điều này, hãy lấy một cái chai và chọn nút chai cho nó (tốt nhất là bằng cao su; bạn có thể làm nút chai từ cục tẩy). Đưa một ngôi sao khá dài qua nút chai; Gắn các cánh hoa bằng giấy lụa vào đầu nhọn của ngôi sao. Đóng chai bằng nút chai để cánh hoa nằm bên trong chai. Máy ép trái cây điện đã sẵn sàng.

Cắt một dải giấy bạc và quấn chặt quanh bóng đèn lưu trữ. Sử dụng một sợi dây mỏng để nối giấy bạc với nước điện.

Bây giờ hãy sạc điện dương cho máy ép trái cây (ví dụ: dùng que thủy tinh cọ xát vào vết nứt) và bật đèn. Bạn sẽ thấy những cánh hoa điện di rơi ra.

Giấy bạc nối với nước điện có điện tích dương. Các electron bay hơi từ dây tóc đèn bị điện tích này thu hút, đọng lại trên bóng đèn và tích điện âm vào bề mặt bên trong của nó. Điện tích âm này trung hòa điện tích dương của giấy bạc và do đó, nước điện.

Làm thế nào để thu thập tất cả các electron “bốc hơi” từ cực âm thành một chùm tia mỏng?

Đối diện với cực âm, một điện cực thứ hai được đặt - cực dương. Theo quy định, nó có hình dạng của một chiếc đĩa. Một điện áp lớn được tạo ra giữa cực âm và điện cực (từ vài trăm đến vài nghìn volt). Điện trường giữa các điện cực định hướng các electron phát ra từ bề mặt cực âm đến điện cực và tăng tốc chúng lên tốc độ rất cao. Và để thu những electron này thành một chùm tia mỏng, họ thực hiện như sau.

Một “chiếc áo” kim loại được đặt trên cực âm - một tấm kính hình trụ có một lỗ nhỏ ở phía dưới. Cô ấy được cho một điện tích âm. Điện tích này loại bỏ các electron thoát ra khỏi bề mặt kim loại về phía trục của kính “áo khoác”, do đó hầu hết các electron bay ra khỏi “áo” qua một lỗ nhỏ. Bằng cách thay đổi điện tích trên “chiếc áo”, bạn có thể điều chỉnh số lượng electron thoát ra khỏi nó. Do đặc tính này, “áo khoác” kim loại được gọi là điện cực điều khiển. Một chùm electron hẹp phát ra từ điện cực điều khiển được hướng tới điện cực và đi qua một lỗ hẹp trên đó.