Рис. 18. Поля, создаваемые движущимся электроном.
а — магнитное поле электрона, перемещающегося сверху вниз; б — электрическое (сплошными стрелками) и магнитное (пунктиром) поля электрона, перемещающегося в направлении глаза читателя перпендикулярно к плоскости рисунка.
ИНТИМНАЯ ЖИЗНЬ МАГНИТНЫХ ЛИНИЙ
Н. — А как ведут себя в присутствии друг друга два магнитных поля, порождаемых различными причинами?
Л. — Ты это прекрасно знаешь, Незнайкин. Когда ты приближаешь два магнита один к другому…
Н. — …они притягиваются, когда это противоположные полюсы. Но если сближают оба северных или же оба южных полюса, то магниты отталкиваются (рис. 19). Дело происходит так же, как в электрических зарядах.
Рис. 19. Взаимодействие двух магнитов.
а — притягивание разноименных полюсов магнитов; б — отталкивание одноименных полюсов.
Л. — Отсюда можно сделать вывод, что параллельные магнитные линии одинакового направления отталкиваются, а противоположного — притягиваются.
Н. — И у тебя хватает нахальства говорить о «параллельных» линиях, когда речь идет о кривых!
Л. — Не будь таким прямолинейным, Незнайкин. Ведь ты прекрасно понял, что я хотел сказать.
Н. — Да, да, я отлично понял. Твои магнитные линии, как два человеческих существа: чем меньше они видятся, тем лучше. Но как только они попытаются вместе пройти по дороге, так начинают ссориться…
МАГНИТНЫЙ ТЕАТР
Л. — Раз это для тебя так ясно, тебе будет легко понять способ магнитного отклонения электронного пучка.
Н. — Я думаю, что достаточно взять магнит в виде подковы и поместить между его полюсами электронно-лучевую трубку, чтобы электроны попали в его магнитное поле.
Л. — Поздравляю. А в каком направлении электроны будут отклоняться под действием магнитного поля?
Н. — Ну, конечно, они будут притягиваться одним из его полюсов и отталкиваться другим.
Л. — Какое невежество!!! Как ты мог сказать такую несусветную чепуху?.. Вот опасность непродуманных аналогий! Однако ты должен был бы задуматься после того, как я объяснил, что электрическое и магнитное поля во всех точках перпендикулярны друг другу.
Н. — Не станешь же ты утверждать, что электрон будет отклоняться в направлении, перпендикулярном магнитным линиям?
Л. — Я просто хочу, чтобы ты потрудился логически рассуждать. Чтобы представить все нагляднее, я рисую трубку не совсем обычным образом: я делаю разрез ее колбы на уровне магнита (рис. 20). Глаз помещен со стороны люминесцирующего экрана, так что взгляд направлен вдоль оси трубки на катод. Маленькая черная точка в центре трубки — это электрон, который, направляясь из глубины, устремляется к нам.
Рис. 20. Принцип магнитного отклонения.
1 — электронно-лучевая трубка; 2 — магнит.
Н. — Теперь, когда декорации размещены, а главный персонаж на месте, действие может, начинаться.
Л. — Мы присутствуем, таким образом, при конфликте двух сил, представленных, с одной стороны, полем магнита (параллельные силовые линии), а с другой — полем движущегося электрона. Оно состоит из замкнутых круговых линий. Каково же будет взаимодействие этих полей?
Н. — Справа и слева окружность пересекают под более или менее прямым углом параллельные линии поля, созданного магнитом. Следовательно, там взаимодействие отсутствует. Но внизу и наверху будет явное проявление симпатий и антипатий. Вверху направление линий обоих полей противоположно; следовательно, они будут притягиваться. Внизу, наоборот, линии идут в том же направлении. Значит, они будут отталкиваться.
Л. — И какой же результат этих сентиментальных конфликтов?
Н. — Притягиваемый сверху и отталкиваемый снизу электрон, следовательно, будет отклоняться кверху.
Л. — Совершенно верно. А если бы мы поменяли местами полюсы магнита…
Н. — Электрон тогда отклонился бы книзу… Конечно, я признаю, это несколько озадачивает, что горизонтальное поле вызывает вертикальное отклонение электронного потока.
СОЗДАНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
Л. — Ты легко догадаешься, Незнайкин, что для получения непрерывного движения пятна нужно соответственно наменять как значение, так и направление магнитного поля. И мы этого добьемся без того, чтобы жонглировать постоянными магнитами, хотя бы и в виде подковы, приносящей счастье.
Н. — Я полагаю, что применяют электромагниты, т. е. катушки, через которые проходит ток соответствующей формы и направления, чтобы создать желаемое магнитное поле.
Л. — Это именно так. И, так же как при электростатическом отклонении используют две пары пластин, чтобы получить необходимое перемещение электронного пучка под действием магнитных полей, предусматривают…
Н. — …две пары электромагнитов: первую пару, ось которой расположена вертикально и которая благодаря этому будет отклонять электроны в горизонтальном направлении (развертка строк), и вторую пару с осью, расположенной горизонтально, чтобы отклонять электроны в вертикальном направлении (переход от одной строки к другой и от одного кадра к следующему).
Л. — Именно так, Незнайкин. Четыре катушки помещены обычно в той части колбы, где цилиндр соединяется с конусом (рис. 21).
Рис. 21. Расположение горизонтально и вертикально отклоняющих электромагнитов.
1 — горизонтальное отклонение; 2 — вертикальное отклонение.
Н. — Они с магнитным сердечником?
Л. — Используются катушки как без сердечника, так и с сердечником из мягкой листовой стали. В первом случае они наматываются на оправку прямоугольной формы, а затем изгибаются, чтобы как можно плотнее прилегать к стеклу колбы (рис. 22).
Рис. 22. Горизонтально отклоняющие катушки без сердечника.
Н. — А зачем это нужно?
Л. — Для лучшей концентрации магнитного потока на пути электронов. При катушках же с магнитным сердечником это удается благодаря тому, что пластинам сердечника придают такую форму, чтобы полюсы как можно ближе прилегали к стеклу колбы (рис. 23).
Рис. 23. Отклоняющие катушки с магнитным сердечником.
У НЕЗНАЙКИНА ВОЗНИКАЕТ ИДЕЯ
Н. — Может быть, это глупо, но я задаю себе вопрос: раз уже движущиеся электроны имеют магнитное поле, не смогли бы ли мы фокусировать их не при помощи того, что ты называешь «электронной линзой», а также магнитным полем?
Л. — Нет, это не глупо. Это как раз то, что часто делали, особенно в трубках старых типов. Так же как магнитное отклонение позволяет упрощать внутреннее устройство трубки, избавляя нас от двух пар отклоняющих пластин, при магнитной фокусировке достаточно одного анода и система электродов вновь обретает первоначальную простоту триода.
Н. — Стоит только пойти по этому пути устранения электродов, ставших излишними, и пустотная трубка вполне оправдает свое название… Но вернемся к моей идее. Как можно осуществить магнитную линзу?
Л. — Нужно создать поле, линии которого шли бы по оси трубки. Для этой цели нужно расположить катушку электромагнита вокруг горла трубки (рис. 24).
Рис. 24. Катушка для магнитной фокусировки.
Н. — И я полагаю, что фокусировку регулируют, изменяя величину тока в обмотке.
Л. — Именно так. Впрочем, так как поле должно быть постоянным, можно заменить электромагнит постоянным магнитом в форме цилиндра, окружающего горловину трубки в том месте, где электроны выходят из анода, и полюсы которого направлены вдоль оси трубки.
ПЛЯСКА ЭЛЕКТРОНОВ
Н. — Я инстинктивно понимаю, что в однородном магнитном поле, направленном вдоль оси трубки, электроны вынуждены концентрироваться в пучок на самой оси. Потому что каждый электрон, который отклоняется от этой оси, должен быть, я думаю, сейчас же возвращен на прямой путь электронной добродетели.
