Мини-лекции. СВЧ, сила Лоренца

   Итак, с этой мини-лекции мы приступаем к теме СВЧ-приборы М-типа. То есть приборы работающие с использованием магнитных полей. На рис.1 (таблица) основные СВЧ-приборы М-типа. Да существуют другие конструкции и модификации, но нам-то, хотя бы освоить основные! Под ПЛАТИНОТРОНАМИ понимают два вида приборов. Это сам платинотрон работающий в режиме усиления, АМПЛИТРОН и обвешанный всякой фигнёй СТАБИЛОТРОН. При всём, прежде чем, немного уточнения! Электрический ток (направление), это направление движения ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ частиц! Стало быть наш родёмый ток из электронов движется ровно в противоположном направлении. И хотя мы в основном с проводами не будем иметь дело, но это ничего не меняет?! Частицы, они и в Африке частицы, а не только в проводах... И последнее... На рис.1a и рис.1b (внизу) на пурпурном фоне две окружности, одна с крестиком другая с точкой. Это условное направление силовых линий как магнитных, так и электрических. Как бы стрела с оперением. С точкой направлена прямо на Вас, а крестиком наоборот от Вас (оперение стрелы). И ещё к плюсу сказанного магнитные поля применяемые ранее в приборах О-типа, это другая история. Они применялись только для фокусировки электронных потоков и на сам процесс никак не влияли. В случае с М-типа всё кардинально меняется! Ну, всё! Поехали...

   В Нидерландах, в городе Арнем, что недалеко от германской границы аж в 1853 году нечаянно родился физик-теоретик Хандрик Антон Лоренц. Тогда он ещё не знал, что он физик, но потом... Одним словом: умный, образованный и талантливый, что уж там говорить?! А нам-то, что с этого? А, с этого то, что его именем, точнее фамилией названа нечистая сила, сила Лоренца! Что же это за сила и зачем она нам нужна?

   Если у нас имеется магнитное поле с индукцией В и в это поле влетает как сумасшедший электрон, то? То, тут как тут и появляется та самая сила Лоренца рис.5. Отчего электрон тут же начнёт нарезать круги... Так ещё описывать окружность со всеми делами: скоростью, радиусом, периодом Т. На рис.5а формулы, где: m — масса частицы (электрона), q — заряд частицы, V — скорость (прилёта), В — магнитная индукция поля. Да, в школе Вам втюхивали способ так называемой левой руки. Но это тогда касалось проводника с током в магнитном поле, но? Вот на рис.4 и есть та левая рука. Только вместо проводника движется положительно заряженная частица. А, как же электрон? Здесь нужно вспомнить напрочь подзабытое! Ведь пальцы указывают направление тока. Да, как бы электроны туда попёрлись... Увы! Кем-то, когда-то забили понятие, что ток это движение положительно заряженных частиц (даже если они в проводнике). И мы теперь всё время должны перестраивать себя под электрон движущийся в противоположную сторону! Ну, дык?!

   И вот, левая рука никуда не делась, только на рис.4 сила Лоренца пытается как бы увлечь частицу с плюсом влево и? И частица движется от нас, а на рис.5 в том же направлении?! Вы про направление вектора В забыли? У него (вектора) противоположная (по сравнению с рис.4) направленность. Но сила Fл (Лоренца) только удерживает электрон на расстояние R, а электрон обладая V вынужден описывать окружность... Сила Лоренца в нашем случае выполняет роль центростремительной силы. Ну, ладно, в смысле хорошо. Всё это красиво если вектора B и V строго перпендикулярны?! А еже ли не так, то, что? И этот чёртов электрон уже влетает под углом [а] по отношению к вектору В? И, что тогда? Тогда скорость V разложится на перпендикулярную составляющую и параллельную (вектору В) рис.6. И теперь, электрон будет двигаться (куды ж ему деться?) под действием уже двух сил. Во-первых, по окружности, а во-вторых, вверх по направлению В. Такое движение называется винтовой линией рис.3, с шагом h рис.3а. На рис.6а соответственно параллельная и перпендикулярная составляющие вектора скорости электрона.

   Небольшое предупреждение. При рассмотрении работы приборов М-типа, в литературе можете встретить такое понятие как МАГНЕТРОННОГО ТИПА. Такое понятие может существовать лишь как приблизительное сходство с устройством и работой магнетрона. Как женщина и мужчина — всё равно, человек. Ну, да где-то в чём-то?! Так, что особо не удивляйтесь... Ещё дальше пошёл автор И. В. Лебедев назвав то, что Вы видите на рис.2 и рис.7 магнетронами... Хотя здесь отличие от магнетрона, особенно на рис.2 ещё больше чем мужчины от женщины?! Ну, дык!? Так, что мы назовём их ДИОДАМИ: рис.2 — плоский, а рис.7 — цилиндрический. А, режим — СТАТИЧЕСКИЙ. Почему так? Потому, что скрещивающиеся поля Е и В постоянные и не меняющиеся. Плюс ко всему, полное отсутствие СВЧ поля! Начнём рассмотрение процесса с плоского диода, потому как в цилиндрическом примерно одно и тоже. Тот же плоский, только согнутый в бублик! :-))

   Итак! Вдруг откуда ни возьмись появляется в точке [0] электрон. И пока скорость появления мала только поле Е обращает на это внимание. И электрон под воздействием Е набирая скорость устремляется вверх, к аноду. Если бы не было магнитного поля электрон, как обычной радиолампе благополучно достиг бы анода, путь 1. Но у нас магнитное есть, и? И вот тут-то просыпается Лоренц... Как и на рис.5 отклоняет движение электрона. И чем больше магнитное поле, тем сильнее отклонение, путь 2. При всём, электрон всё таки достигает анода. Но вот мы накрутили индукцию В до такой величины, что Лоренц отклонил электрон так, что тот описал кривую и не попав на анод обессиленный оказался на катоде, путь 3. Величина В в таком случае называется КРИТИЧЕСКОЙ. А при ещё большей величины траектория движения электрона будет выглядеть как путь 4. То есть выписывая загогулину электрон упорно движется вправо со скоростью Vc в пространстве Анод-Катод. Такая кривая в миру зовётся ЦИКЛОИДОЙ. Если самоустраниться от СВЧ мерзостей, то циклоида строится как след точки окружности колеса катящегося по плоскости катода. В плоском диоде по прямой, в цилиндрическом диоде по круглой поверхности и тоже катода.

   На рис.2 это колесо голубого цвета. Нулевая красно-жёлтая точка, начало отсчёта и колесо стоит прямо над этой точкой. При движении колеса вправо точка начнёт перемещаться вверх и вправо, рисуя ЦИКЛОИДУ! Радиус колеса [РОс] зависит от массы и заряда электрона, величины Е и В. Визуально это половина расстояния от самой верхней точки кривой до основания. Манипулируя Е и В мы можем рулить режимом, пока не вмешается в процесс переменное поле СВЧ! Но это будет уже другая история!

   Что-то мы как-о нехорошо забыли про Лоренца?! Так чему равна эта сила Лоренца? Вот формула в центре рисунка и раскрывает коварный план полей Е и В! А, причём здесь синус какой-то? Ну, формула-то в общем виде и вектор В не обязательно должен быть перпендикулярен вектору V скорости частицы (электрона). В случаях же рис.5 и рис.6 синус равен 1.