Električno odklanjanje. K hitremu razvoju elektronike v drugi polovici prejšnjega stoletja je izdatno pripomogel osciloskop, ki omogoča opazovati pestrost časovnih oblik tokov in napetosti v električnih vezjih. Ti, tako imenovani električni signali, so v njih pogosto nosilci različnih informacij: da njihova časovna oblika ustreza drugim neelektričnim količinam (temperaturi, poti, hitrosti, sili, frekvenci, govoru, barvi). Njegovo pionirsko vlogo danes izriva računalnik, ki zmore informacije večkanalno sprejemati, jih procesirati in prikazovati na zaslonu.

Osnova osciloskopa je vakuumska elektronka oziroma katodna cev.[1]  Njeni glavni deli so: pospeševalni del, odklonski sistem in zaslon (slika 1).


Slika 1.
Trajektorija elektrona vzdolž katodne cevi.

Iz žareče katode izstopajo elektroni, ki jih jakost polja med anodnim prstanom in katodo povleče v pospešeno gibanje. Vsak elektron mase m pridobi na poti do anode hitrost v0 oziroma kinetično energijo, katere vrednost ustreza izgubi električne potencialne energije:

 

Elektron zaradi vztrajnosti zleti skozi prstan in nadaljuje pot s hitrostjo v0. Ko pride do odklonskih plošč, vstopi v električno polje jakosti Ex = -u / d.  Med ploščama se elektron pomudi le za čas l / v0, v tem deluje nanj sila Fx = eu / d, ki ga pospešuje v desno s stalnim pospeškom ax = eu / md. Elektron pridobi v tem času v smeri osi X  hitrost v1 in se oddalji od osi Z za razdaljo x1:

 

Med odklonskima ploščama se giblje elektron po paraboli, kakršno poznamo pri poševnem metu; pri njem je parabola obrnjena v tla, kamor kaže sila teže, tu pa je obrnjena v smer električne sile. Ob izstopu iz medploščnega prostora doseže elektron hitrost v2, ki jo določa pitagorska vsota hitrosti v0 in v1:

 

Od tam dalje je gibanje elektrona enakomerno premočrtno, vse dokler ne trči v zaslon, kjer izbije fotone, kar zaznamo kot svetlečo pego.[2] Za zadnji del poti rabi čas l2 / v0 in doseže odklon x2:

 

V celoti se elektron oziroma curek elektronov odkloni od osi Z za razdaljo x:

 

ki je - kar je zanimivo - sorazmerna napetosti.

 

Do tu smo opisovali odklon curka elektronov vzolž ene osi, v resnici pa ima osciloskop poleg X tudi Y odklonski sistem. Prava slika nastaja na zaslonu šele z njunim hkratnim učinkovanjem. Kadar opazujemo določeno napetost u v odvisnosti od časa, je en par odklonskih plošč vzbujan z žagasto napetostjo, ki skrbi za enakomerno pomikanje elektronskega curka od ene k drugi strani zaslona, drug par plošč pa je vzbujan z opazovano napetostjo in vodi curek v smeri druge koordinatne osi. V takem primeru se na zaslonu zariše krivulja oziroma funkcija y(x), ki je takšna, kot smo jo vajeni risati na papir ali tablo.[3]

 

Druge uporabe električne sile. V fiziki delcev uporabljajo električno polje za pospeševanje delcev (npr. ciklotron).[4] S pomočjo polja se da čistiti zrak, ki vsebuje prašne delce. Če gre takšen zrak skozi komoro, v kateri je električno polje, se prašni delci, ki imajo vedno kaj naboja, lepijo, odlagajo na elektrode (elektrofiltri). Prah barvila se lepi na naelektren list papirja v kopirnem stroju ali tiskalniku; z električnim poljem moremo lepiti drobna vlakna na tkanino.[5]


 

[1] Vakuumske elektronke je skoraj v celoti izpodrinila polprevodniška tehnologija; srečamo jih še kje v industriji ali v oddajnikih velikih moči in zadnje čase spet v prestižnih audionapravah. Katodna cev se uporablja tudi za ekran televizorja ali monitorja, vendar je pri njej odklanjanje zasnovano na magnetni sili.

[2] Foton je kvant energije.

[3] Z osciloskopom opazujemo različne periodične in aperiodične pojave, sestavljena nihanja, fazne diagrame, histerezne krivulje itn.

[4] Pospeševalnik, ki izmenjaje koristi električno in magnetno silo.

[5] Postopku, ki izkorišča silo na nabit delec v električnem polju, rečemo elektroforeza. Phóresis pomeni v grščini nošenje, prenašanje.