Для неоднородных электрических полей характерна разнообразная и часто сложная структура. Существует множество неоднородных полей, в которых напряженность от точки к точке изменяется по различным законам.
рис.1.
Наиболее простым является радиальное неоднородное поле между цилиндрическими электродами (рис. 1, а). Если начальная скорость электрона, вылетевшего из внутреннего электрода, направлена вдоль силовых линий, то электрон будет двигаться прямолинейно и ускоренно по радиусу. В более обшем случае неоднородное поле имеет силовые линии в виде кривых. Если это поле является ускоряющим (рис. 1, б), то электрон с начальной скоростью vо движется по криволинейной траектории, имеющей такой же характер кривизны, как и силовые линии. На электрон действует со стороны поля сила F, направленная под углом к вектору собственной скорости электрона. Эта сила искривляет траекторию электрона и увеличивает его скорость. Если бы электрон не обладал массой, а следовательно, и инерцией, то он двигался бы по силовой линии. Однако электрон имеет массу и стремится двигаться по инерции прямолинейно. Сила действующая на электрон, направлена по касательной к силовой линии образует некоторый угол с вектором скорости электрона. Поэтому траектория электрона искривляется, но «отстает» в этом искривлении от силовой линии из-за инерции электрона.
В тормозящем неоднородном поле кривыми силовыми линиями (рис. 1, в) сила, действующая на электрон со стороны поля, также искривляет траекторию электрона и уменьшает его скорость. Но траектория искривляется сторону, противоположную направлению силовых линий, т.е. стремится удалиться от силовой линии.
рис.2.
Рассмотрим движение потока электронов в неоднородном поле, пренебрегая взаимодействием электронов. На рис. 2, а показано движение электронного потока в ускоряющем неоднородном поле. Если в направлении движения электронов силовые линии сходятся, то такое поле можно условно назвать сходящимся. Пусть в это поле влетает поток электронов. Для упрощения показаны только средний и крайние электроны. Очевидно, что траектории электронов искривляются в ту же сторону, куда и силовые линии. В результате электроны сближаются, т. е. происходит фокусировка электронного потока, напоминающая фокусировку светового потока с помощью собирающей линзы.
Если силовые линии в направлении движения электронов расходятся (рис. 2,б), то поле можно условно назвать расходящимся. В нем траектории электронов удаляются друг от друга и электронный поток рассеивается. Такое поле является для электронного потока «рассеивающейся линзой».
Если поле будет тормозящим сходящимся (рис.2, в), то происходит рассеивание электронов с уменьшением их скорости. И наоборот, в тормозящем расходящемся поле электронный поток фокусируется.
В электронной оптике изучаются различные случаи движения электронов в неоднородном поле. При этом обычно изображают поле с помощью эквипотенциальных поверхностей, а точнее помощью линии пересечения этих поверхностей с плоскостью чертежа (штриховые линии на рис. 2.б). Там где силовые линии гуще, эквипотенциальные поверхности располагаются ближе друг к другу. Искривление электронных траекторий представляют в виде излома при переходе сквозь эквипотенциальную поверхность. Законы такого преломления напоминают законы преломления световых лучей.
Источник — Жеребцов И.П. Основы электроники (1993)