বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের একটি ইলেকট্রন

বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে একটি ইলেক্ট্রনের গতিবিধি বৈদ্যুতিক প্রকৌশলের জন্য সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ শারীরিক প্রক্রিয়াগুলির মধ্যে একটি। চিত্র চলুন দেখা যাক কিভাবে এটি একটি ভ্যাকুয়ামে ঘটে। আসুন প্রথমে একটি অভিন্ন বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে ক্যাথোড থেকে অ্যানোডে ইলেকট্রনের গতিবিধির একটি উদাহরণ বিবেচনা করি।

নীচের চিত্রটি যেখানে একটি পরিস্থিতি দেখায় ইলেকট্রন নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড (ক্যাথোড) ছেড়ে একটি নগণ্যভাবে ছোট প্রাথমিক বেগ (শূন্যের দিকে প্রবণ) এবং প্রবেশ করে একটি অভিন্ন বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রেদুটি ইলেক্ট্রোডের মধ্যে উপস্থিত।

ইলেক্ট্রোডগুলিতে একটি ধ্রুবক ভোল্টেজ U প্রয়োগ করা হয় এবং বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের একটি সংশ্লিষ্ট শক্তি E রয়েছে। ইলেক্ট্রোডগুলির মধ্যে দূরত্ব d এর সমান। এই ক্ষেত্রে, একটি বল F ক্ষেত্রের দিক থেকে ইলেকট্রনের উপর কাজ করবে, যা ইলেকট্রনের চার্জ এবং ক্ষেত্রের শক্তির সমানুপাতিক:

যেহেতু ইলেক্ট্রনের নেতিবাচক চার্জ রয়েছে, তাই এই বলটি ক্ষেত্রের শক্তি ভেক্টর E এর বিরুদ্ধে পরিচালিত হবে। তদনুসারে, বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের দ্বারা ইলেকট্রন সেই দিকে ত্বরান্বিত হবে।

ইলেকট্রন দ্বারা অনুভূত ত্বরণ এটির উপর কাজ করে F বলটির মাত্রার সমানুপাতিক এবং ইলেকট্রনের ভর m এর বিপরীতভাবে সমানুপাতিক।যেহেতু ক্ষেত্রটি অভিন্ন, তাই একটি প্রদত্ত ছবির ত্বরণকে এভাবে প্রকাশ করা যেতে পারে:

এই সূত্রে, তার ভরের সাথে ইলেকট্রনের চার্জের অনুপাত হল ইলেকট্রনের নির্দিষ্ট চার্জ, একটি পরিমাণ যা একটি ভৌত ​​ধ্রুবক:

তাই ইলেক্ট্রন একটি ত্বরিত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের মধ্যে রয়েছে কারণ প্রাথমিক বেগের দিক v0 ক্ষেত্রের পাশের F বলটির দিকের সাথে মিলে যায় এবং তাই ইলেকট্রনটি সমানভাবে চলে। যদি কোন বাধা না থাকে, তবে এটি ইলেক্ট্রোডের মধ্যে d পথ অতিক্রম করবে এবং একটি নির্দিষ্ট গতির সাথে অ্যানোডে (ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড) পৌঁছাবে। যে মুহুর্তে ইলেক্ট্রনটি অ্যানোডে পৌঁছাবে, তার গতিশক্তি অনুরূপভাবে সমান হবে:

যেহেতু পুরো পথ ধরে ইলেকট্রনটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি দ্বারা ত্বরান্বিত হয়, তাই ক্ষেত্রের পাশে কাজ করা শক্তি দ্বারা কাজ করার ফলে এটি এই গতিশক্তি অর্জন করে। এই কাজটি সমান:

তারপর ক্ষেত্রের মধ্যে চলমান ইলেকট্রন দ্বারা অর্জিত গতিশক্তি নিম্নলিখিত হিসাবে পাওয়া যাবে:

অর্থাৎ, সম্ভাব্য পার্থক্য U সহ বিন্দুগুলির মধ্যে একটি ইলেকট্রনকে ত্বরান্বিত করা ক্ষেত্র বাহিনীর কাজ ছাড়া আর কিছুই নয়।

এই ধরনের পরিস্থিতিতে, একটি ইলেকট্রনের শক্তি প্রকাশ করার জন্য, "ইলেকট্রন ভোল্ট" হিসাবে পরিমাপের একক ব্যবহার করা সুবিধাজনক, যা 1 ভোল্টের একটি ইলেকট্রনের শক্তির সমান। এবং যেহেতু ইলেকট্রন চার্জ ধ্রুবক, তাই 1 ইলেক্ট্রোভোল্টও একটি ধ্রুবক মান:

পূর্ববর্তী সূত্র থেকে, আপনি একটি ত্বরিত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের মধ্যে চলার সময় তার পথে যেকোন বিন্দুতে ইলেক্ট্রনের গতি সহজেই নির্ধারণ করতে পারেন, কেবলমাত্র ত্বরণ করার সময় এটি যে সম্ভাব্য পার্থক্যটি অতিক্রম করে তা জেনে:

আমরা দেখতে পাচ্ছি, একটি ত্বরণক্ষেত্রে একটি ইলেকট্রনের গতি শুধুমাত্র শেষ বিন্দু এবং এর পথের শুরু বিন্দুর মধ্যে সম্ভাব্য পার্থক্য U এর উপর নির্ভর করে।

কল্পনা করুন যে ইলেক্ট্রনটি নগণ্য গতিতে ক্যাথোড থেকে দূরে সরে যেতে শুরু করে এবং ক্যাথোড এবং অ্যানোডের মধ্যে ভোল্টেজ 400 ভোল্ট। এই ক্ষেত্রে, অ্যানোডে পৌঁছানোর মুহুর্তে, এর গতি সমান হবে:

ইলেকট্রোডের মধ্যে d দূরত্ব অতিক্রম করতে ইলেকট্রনের জন্য প্রয়োজনীয় সময় নির্ধারণ করাও সহজ। বিশ্রাম থেকে অভিন্নভাবে ত্বরিত গতির সাথে, গড় গতি চূড়ান্ত গতির অর্ধেক পাওয়া যায়, তাহলে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে ত্বরিত ফ্লাইটের সময় সমান হবে:

আসুন এখন একটি উদাহরণ বিবেচনা করি যখন একটি ইলেকট্রন একটি ক্ষয়কারী অভিন্ন বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের দিকে চলে যায়। অর্থাৎ, ক্ষেত্রটি আগের মতোই নির্দেশিত হয়, কিন্তু ইলেকট্রনটি বিপরীত দিকে যেতে শুরু করে - অ্যানোড থেকে ক্যাথোডে।

ধরুন ইলেক্ট্রন কিছু প্রাথমিক বেগ v দিয়ে অ্যানোড ছেড়েছে এবং প্রাথমিকভাবে ক্যাথোডের দিকে চলতে শুরু করেছে। এই ক্ষেত্রে, বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের দিক থেকে ইলেকট্রনের উপর যে বল F কাজ করছে তা বৈদ্যুতিক তীব্রতা ভেক্টর E-এর বিরুদ্ধে ক্যাথোড থেকে অ্যানোডের দিকে পরিচালিত হবে।

এটি ইলেকট্রনের প্রাথমিক গতি কমাতে শুরু করবে, অর্থাৎ ক্ষেত্রটি ইলেকট্রনের গতি কমিয়ে দেবে। এর মানে হল যে এই অবস্থার অধীনে ইলেকট্রন সমানভাবে এবং সমানভাবে ধীরে ধীরে চলতে শুরু করবে। পরিস্থিতিটি নিম্নরূপ বর্ণনা করা হয়েছে: "একটি ইলেকট্রন একটি ক্ষয়কারী বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের দিকে চলে যায়।"

অ্যানোড থেকে, ইলেকট্রন অ-শূন্য গতিশক্তির সাথে চলতে শুরু করে, যা হ্রাসের সময় হ্রাস পেতে শুরু করে, যেহেতু শক্তি এখন ইলেকট্রনের ক্ষেত্র থেকে ক্রিয়াশীল শক্তিকে অতিক্রম করার জন্য ব্যয় করা হয়।

যদি ইলেক্ট্রনের প্রাথমিক গতিশক্তি অ্যানোড থেকে বেরিয়ে আসার সাথে সাথেই সেই শক্তির চেয়ে বেশি হয় যা ক্যাথোড থেকে অ্যানোডে ইলেকট্রনকে ত্বরান্বিত করার জন্য ক্ষেত্র দ্বারা ব্যয় করতে হয় (প্রথম উদাহরণের মতো), তবে ইলেকট্রন একটি দূরত্ব ভ্রমণ করুন এবং ব্রেক করা সত্ত্বেও অবশেষে ক্যাথোডে পৌঁছাবে।

যদি ইলেকট্রনের প্রাথমিক গতিশক্তি এই সমালোচনামূলক মানের থেকে কম হয়, তাহলে ইলেকট্রন ক্যাথোডে পৌঁছাবে না। একটি নির্দিষ্ট সময়ে এটি বন্ধ হয়ে যাবে, তারপর অ্যানোডে ফিরে একটি অভিন্নভাবে ত্বরান্বিত আন্দোলন শুরু করবে। ফলস্বরূপ, ক্ষেত্রটি সেই শক্তি ফিরে পাবে যা থামানোর প্রক্রিয়ায় ব্যয় হয়েছিল।

কিন্তু যদি একটি ইলেকট্রন সমকোণে একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের কর্মের অঞ্চলে v0 গতির সাথে উড়ে যায়? স্পষ্টতই, এই অঞ্চলে ক্ষেত্রের পাশের বলটি ক্যাথোড থেকে অ্যানোডে ইলেকট্রনের জন্য নির্দেশিত হয়, অর্থাৎ, বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি ভেক্টর ই এর বিরুদ্ধে।

এর মানে হল যে এখন ইলেকট্রনের গতির দুটি উপাদান রয়েছে: প্রথমটি - একটি বেগ v0 ক্ষেত্রের লম্ব, দ্বিতীয়টি - অ্যানোডের দিকে নির্দেশিত ক্ষেত্রের দিক থেকে বলের ক্রিয়াতে অভিন্নভাবে ত্বরান্বিত।

দেখা যাচ্ছে যে, কর্মক্ষেত্রে প্রবাহিত হওয়ার পরে, ইলেক্ট্রন একটি প্যারাবোলিক ট্র্যাজেক্টোরি বরাবর চলে যায়। কিন্তু ক্ষেত্রের ক্রিয়া অঞ্চল থেকে উড়ে যাওয়ার পরে, ইলেক্ট্রন একটি সরল রেখার গতিপথ বরাবর জড়তা দ্বারা তার অভিন্ন গতি অব্যাহত রাখবে।