Движение на заредени свободни частици, получени в резултат на емисии във вакуум под действието на електрическото поле
Описание
За да се получи електрически ток под вакуум, е необходимо да има свободен носител. Можете да ги получите чрез излъчване на електрони с метали - електронни емисии (от латино Emissio).
Както е добре известно, при обикновени температури, електроните се държат вътре в метала, въпреки факта, че те правят топлина. Следователно близо до повърхността има сили, действащи върху електрони и насочени вътре в метала. Това са силите, произтичащи от привличането между електроните и положителните йони на кристалната решетка. В резултат на това се появява повърхностният слой на металите електрическо полеи потенциалът в прехода от външното пространство вътре в метала се увеличава с определено количество DJ. Съответно, потенциалната електронна енергия намалява до E DJ.
Разпределението на потенциалната енергия на електрон U за ограничен метал е показан на фиг. един.
Диаграма на потенциалната енергия на електрона U в ограничен метал
Фиг. един
Тук W0 е енергийното ниво на покойния електрон извън метала, F е нивото на Ферми (енергийната стойност, под която всички състояния на системата на частиците (фермиони) са заети с абсолютна нула), ЕК е най-малката енергия на електроните на проводимостта (отдолу на зоната на проводимостта). Разпределението има формата на потенциална яма, нейната дълбочина е DJ \u003d W 0 - E C (афинитет на електрона); F \u003d W 0 - F - термоелектронна изходна операция (операция по изхода).
Условието за заминаване на електрон от метал: W І W 0, където W е общата електронна енергия в метала.
При стайната температура, това условие се извършва само за незначителна част на електроните, това означава, че е необходимо да се струва определена операция за увеличаване на броя на оставянето на метала на електроните, т.е. да ги информирате с допълнителна енергия, достатъчна за прекъсване Извън метала, наблюдаването на електронни емисии: Когато металът се нагрява - термоелектроник, при нагряване на метала - термоелектроник, с бомбени електрони или йони са вторични, когато са осветени - фотоамизъм.
Помислете за термоелектронни емисии.
Ако електроните, излъчвани от горещ метал, ускоряват електрическото поле, тогава те образуват ток. Такива електронен ток Може да се получи под вакуум, където сблъсъци с молекули и атоми не пречат на движението на електроните.
За да наблюдавате термоелектронната емисия, може да се сервира празна лампа, съдържаща два електрода: един под формата на тел от огнеупорен материал (молибден, волфрам и др.), Закрит до ток (катод) и друг, студен електрод, който събира Термоелектрони (анод). Анод най-често прикрепя формата на цилиндър, вътре, който е остъклен катод.
Разгледайте схема за наблюдение на термоелектронната емисия (фиг. 2).
Електрическа верига за наблюдение на термоелектронна емисия
Фиг. 2.
Веригата съдържа диод D, нагрят катод, който е свързан към отрицателния полюс на батерията В, и анод с неговия положителен полюс; Molamemeter MA, измерване на силата на тока чрез диод D и волтметър v, измерване на напрежението между катода и анода. С студен катод, няма ток във веригата, тъй като силно изхвърлен газ (вакуум) вътре в диода не съдържа заредени частици. Ако катодът се преобърне с допълнителен източник, милиамметърът ще регистрира текущия външен вид.
При постоянна катодна температура, термоелектронната сила на тока в диода се увеличава с повишаване на потенциалната разлика между анода и катода (виж фиг. 3).
Характеристики на волта на диода при различни температури на катод
Фиг. 3.
Въпреки това, тази зависимост не се изразява по закон, подобен на закона на OMA, според който токът е пропорционален на потенциалната разлика; Тази зависимост е по-сложна по характер, графично представена на фигура 2, например, крива 0-1-4 (характеристика на волтампер). С увеличаване на положителния потенциал на анода, токът се увеличава в съответствие с кривата 0-1, с по-нататък увеличаването на анодното напрежение, токът достига максимална стойност, наречена ток на наситеност на диод и почти престава да зависи от анодното напрежение (част от кривата 1-4).
Качествено, тази зависимост на тока на диода от напрежението е обяснена, както следва. Когато потенциалната разлика е равна на нула, якостта на тока през диод (с достатъчно разстояние между електродите) също е нула, тъй като електроните, които са напуснали катода, образуват електронния облак близо до него, създавайки електрическо поле, което се забавя надолу ново заминаващи електрони. Емисиите на електрони спират: Колко електрони оставят метала, същото в него се връща под действието на противоположното поле на електронния облак. С увеличаване на анодното напрежение, концентрацията на електрони в облака намалява, спирачният ефект намалява, анодният ток се увеличава.
Зависимостта на дебита на диода I от анодното напрежение U има формата:
където А е коефициент в зависимост от формата и местоположението на електродите.
Това уравнение описва крива от 0-1-2-3 и се нарича право на закона на Богуславски - Лангмюр или "Закон 3/2".
Когато потенциалът на анода стане толкова голям, че всички електрони, напускащи катода за всяка единица време, попадат върху анода, токът достига максималната стойност и престава да зависи от анодното напрежение.
С увеличаване на температурата на катода, характеристиката на волмайпер е изобразена с криви 0-1-2-5, 0-1-2-3-6 и т.н., т.е. при различни температури стойностите на насищането ток, който бързо се увеличава с нарастваща температура. В същото време анодното напрежение, при което е зададен ток на насищане.
Вакуум - състоянието на оскъдния газ, в който дължината на свободния пробед на молекулитеλ повече размери на кораба D, в който се намира газът.
От определянето на вакуума следва, че практически няма взаимодействие между молекулите, така че йонизацията на молекулите не може да се случи, следователно, носителите на свободни заряда във вакуум не могат да бъдат получени, следователно - електричество Невъзможно е;
За да създадете електрически ток във вакуум, трябва да поставите източника на безплатни заредени частици. Металните електроди, свързани към източника на текущия, се поставят във вакуум. Един от тях се нагрява (нарича се катод), в резултат на което се случва процесът на йонизация, т.е. Електроните летят от веществото, положителните и отрицателните йони се образуват. Ефектът на такъв източник на заредени частици може да се основава на феномена на термоелектронната емисия.
Термоелектронната емисия е процес на излъчване на електрони от нагрятия катод. Феноменът на термоелектронна емисия води до факта, че нагрят метален електрод непрекъснато излъчва електрони. Електроните образуват електронен облак около електрод. Електродът се зарежда положително и под влиянието на електрическото поле на заредения облак, електроните от облака са частично върнати към електрод. В равновесното състояние броят на електроните, който е напуснал електрод в секунда, е равен на броя на електроните, върнати към електрод през това време. Колкото по-висока е температурата на метала, толкова по-голяма е плътността на електронния облак. Работата, която електрон трябва да направи, за да напусне метала, получи името на работата на изхода и навън.
[И OUT] \u003d 1 EV
1 EV е енергията, която електрона придобива, движеща се в електрическото поле между точките с разликата в потенциала в 1 V.
1 EV \u003d 1.6 * 10 -19 J
Разликата между температурите на горещи и студени електроди, заредени на кораба, от които е изхвърлен въздух, води до едностранна проводимост на електрическия ток между тях.
Когато свързвате електродите към текущия източник между тях, се случва електрическо поле. Ако положителният полюс на източника на тока е свързан със студен електрод (анод) и отрицателен - с нагряващ (катод), тогава векторът на електрическото поле се насочва към нагрятия електрод. Под действието на това поле, електроните частично оставят електронния облак и се преместват в студения електрод. Електрическа верига Той се затваря и електрическият ток е инсталиран в него. В противоположната полярност на източника, силата на полето е насочена от нагрятия електрод на студа. Електрическото поле избутва облачните електрони обратно към отопляем електрод. Веригата се оказва отворена.
Устройство, което има едностранна проводимост на електрически ток, се нарича вакуум диод. Състои се от електронна лампа (кораб), от която се намират въздух и в които са разположени електроди, свързани към източника на текущия източник. Волпампажни характеристики на вакуумния диод. Подпишете частите на очуканата диодна пропускателна способност и затворени?
При ниски напрежения върху анода, не всички електрони, излъчвани от катода, достигат до анода, а електрическият ток е малък. При високи напрежения, токът достига насищане, т.е. Максимална стойност. За изправяне на променлив електрически ток се използва вакуум диод. Понастоящем вакуумните диоди не се прилагат.
Ако има дупка в анода на електронната лампа, частта от електроните, ускорена от електрическото поле, ще лети в тази дупка, образувайки електронна куп зад анода. Електронният лъчпоток от бързи летящи електрони в електронни лампи и газоразрядни устройства.
Свойства на електронните греди:
- отклонение в електрическите полета;
- отклонение Б. магнитни полета под действието на силата на Лоренц;
- при спиране на лъч върху вещество възниква рентгенография;
- причинява блясък (луминесцент) на някои твърди и течни тела;
- Загрейте веществото, което пада върху него.
Електронна тръба (CRT).
ELT използва феномена на термоелектронни емисии и свойствата на електронните лъчи.
В електронния пистолет електроните, излъчвани от нагрятия катод, преминават през управляващия електрод и се ускоряват от анодите. Електронният пистолет фокусира електронния лъч до точката и променя яркостта на блясъка на екрана. Очарователните хоризонтални и вертикални плочи ви позволяват да преместите електронния пакет на екрана до всяка точка на екрана. Екранът на тръбата е покрит с луминофор, който започва да свети по време на бомбардирането с електрони.
Има два вида тръби:
1) с електростатичен контрол на електронния лъч (отклонение на електронната поща. Бучът е само електрическо поле);
2) С електромагнитния контрол се добавят намотки за отклоняване).
В електронни радиални тръби се образуват тесни електронни лъчи, задвижвани от електрически и магнитни полета. Тези пакети се използват в: телевизионни кинекопи, електронни дисплеи, електронни осцилоскопи в измервателната техника.
Урок номер 40-169. Електрически ток в газове. Електрически ток във вакуум.
При нормални условия газът е диелектрик (R. ), т.е. Състои се от неутрални атоми и молекули и не съдържа свободни електрически токови носители. Газов диригент - Това е йонизиран газ, той има електронно-йонна проводимост.
Газа Йонизация - това е разпадането на неутрални атоми или молекули върху положителни йони и електрони под действието на йонизатора (ултравиолетова, рентгенова и радиоактивна радиация; отопление) и се обяснява с разпадането на атомите и молекулите в сблъсъци с висока скорост. Разтоварване на газ - преминаване на електрически ток чрез газ. Газоразряд се наблюдава при газоразрядни тръби (лампи), когато са изложени на електрическо или магнитно поле. 
Рекомбинация на заредените частици
Разочарование газ - това е освобождаване от отговорност, което съществува само при действието на външни йонизатори Газ в епруветката йонизирана, към сервираните електроди Напрежение (U) и в тръбата се случва електрически ток (I). С увеличаване u увеличава тока на текущия i Когато всички заредени частици, образувани във втори, се постигат по време на електродите (при всяко напрежение (U *), текущата достига до насищане (I h). Ако действието на йонизатора е спряно, тогава изпускателната спирачка (I \u003d 0). Независим газов разряд - газов разход, който остава след прекратяване на външен йонизатор поради йони и електрони, произтичащи от шокова йонизация (\u003d електрическа йонизация); Настъпва с увеличаване на разликата в потенциала между електродите (възниква електронни лавина). С някаква напрежение (U Разбивка) Текуща сила се увеличава. Йонизатора вече не е необходим за поддържане на разреждането. Настъпва йонизация на електронната стачка. Незабележимото изхвърляне на газ може да отиде на независим газ, когатоU a \u003d u запалителен. Електрически разпръсквач на погледа - прехода на независим газов разход в независим. Видове независими газоразряд:
1. тлеене - кога нисък натиск (до няколко mm Hg) - наблюдавани в газово задвижващи тръби и газови лазери. (Лампи дневна светлина)
2. СПСОВ - при нормално налягане (Пс. =
Пс.
aTM.) и високото напрежение на електрическото поле Е (цип - силата на ток до стотици хиляди ампер). 3. Корегон - при нормално налягане в нехомогенно електрическо поле (на ръба, светлините на Свещената Елма). 4. ARC - възниква между плътно изместени електроди - голяма плътност на тока, ниско напрежение между електродите, (в прожектори, прожекционно фолио, заваряване, живачни лампи)
Плазма - това е четвъртото съвкупно състояние на веществото с висока степен на йонизация, дължаща се на сблъсък на молекули при висока скорост при високи температури; Намира се в природата: йоносфера - слабо йонизирана плазма, слънцето е напълно йонизирана плазма; Изкуствена плазма - в газоразрядни лампи. Плазмата се случва: 1. - Ниска температура T 10 5 K. Основните свойства на плазмата: - висока електрическа проводимост; - силно взаимодействие с външни електрически и магнитни полета. При t \u003d 20 ∙ 10 3 ÷ 30 ∙ 10 3 към всяко вещество - плазма. 99% от веществото във Вселената - плазмата.
Електрически ток във вакуум.
). Във вакуум: - електрически ток не е възможно, защото Възможното количество йонизирани молекули не може да осигури електрическа проводимост; - Създаване на електрически ток във вакуум може да се използва, ако се използва източник на заредени частици; - ефектът от източника на заредените частици може да се основава на явлението на термоелектронната емисия. Термоелектронни емисия - Феноменът на отпътуване на свободни електрони от повърхността на отопляемите тела, емисиите на електрони с твърди или течни тела се появяват, когато се нагряват до температури, съответстващи на видимото сияние на горещия метал. Отопляемият метален електрод непрекъснато излъчва електрони, образувайки електронен облак около себе си.В равновесното състояние броят на електроните, който е напуснал електрод, е равен на броя на въртенето на електроните (тъй като електродът по време на загубата на електрони се зарежда положително). Колкото по-висока е температурата на метала, толкова по-голяма е плътността на електронния облак. Електрическият ток във вакуум е възможен в електронни лампи. Електронната лампа е устройство, в което се използва феноменът на термоелектронната емисия. 
Вакуум диод.
WAH (характеристика на волмайпер) на вакуумния диод.
При ниски напрежения върху анода, не всички електрони, излъчвани от катода, достигат до анода, а токът е малък. При високи напрежения, токът достига насищане, т.е. Максимална стойност. Вакуумният диод има едностранна проводимост и се използва за изправяне на променлив ток.Електронни греди - Това е поток от бързо летящи електрони в електронни лампи и газоразрядни устройства. Свойства на електронните греди: - отклонение в електрическите полета; - отклоняват се в магнитни полета под действието на силата на Лоренц; - при спиране на лъч, попадащ в вещество, възниква рентгенография; - причинява блясък (луминесцент) на някои твърди и течни тела (луминофори); - Загрейте веществото, което пада върху него.
Електронно радиационна тръба (CRT)
Всеки ток се появява само в присъствието на източник с безплатни заредени частици. Това се дължи на факта, че няма вещества във вакуума, включително електрически заряди. Следователно вакуумът се счита за най-добър. За да бъде възможно да бъде възможно при преминаването на електрически ток А, е необходимо да се гарантира, че има достатъчно свободни такси. В тази статия ще разгледаме какво е електрически ток във вакуум.
Тъй като електрически ток може да се появи под вакуум
За да се създаде пълноправен електрически ток под вакуум, е необходимо да се използва такова физическо явление като термоелектронна емисия. Тя се основава на собствеността на всяко конкретно вещество, за да излъчва свободни електрони при нагряване. Такива електрони, които се появяват от нагрятото тяло, получиха името на термоелектроните и цялото тяло се нарича изцяло излъчвател.
Термоелектронната емисия е в основата на работата на вакуумни устройства, по-известни като електронни лампи. В най-простия дизайн се съдържат два електрода. Един от тях катод е спирала, материалът е молибден или волфрам. Той е, който е светещ от електрически ток ома. Вторият електрод се нарича анод. Това е студено, изпълнявайки проблема за събиране на термоелектрони. По правило анодът е направен под формата на цилиндър и нагрят катод е поставен вътре в него.
Приложение и вакуум
През миналия век електронните лампи изиграха водеща роля в електрониката. И въпреки че отдавна са заменени от полупроводникови устройства, принципът на работа на тези устройства се използва в електронните радиални тръби. Този принцип се използва с заваряване и топене във вакуум и други зони.
По този начин един от разновидностите на ток А е електронен за течение на вакуум. Когато катодът влияе, между него се появява електрическо поле и анода. Това е, което дава на електроните определена посока и скорост. На този принцип работи електронна лампа с два електрода (диод), която се използва широко в радио инженеринг и електроника.
Устройството е модерно представлява стъкло или метален цилиндър, където въздухът е предопределен. Вътре в този цилиндър се добавят два катодни и анодни електрода и анод. За амплификация техническа характеристика Инсталирани са допълнителни мрежи, с помощта на която се увеличава от електроните.
Електрическо движение - поръчано движение на електрически обвинения. Може да се получи, например, в проводник, който свързва заредено и незаребено тяло. Този ток обаче ще спре веднага щом разликата в потенциалите на тези тела ще стане нула. Поръчното движение на такси (електрически ток) също ще съществува в проводника, свързващ плочите на заредения кондензатор. В този случай токът е придружен от неутрализацията на таксите върху кондензатовите плаки и продължава, докато потенциалната разлика на кондензаторните пластини не стане нула.
Тези примери показват, че електрическият ток в проводника се среща само ако има различни потенциали в края на проводника, т.е. когато има електрическо поле.
Но в разглежданите примери текущият не може да бъде дълъг, тъй като в процеса на движещи се такси потенциалите на телата бързо се подравняват и електрическото поле в изследователя изчезва.
Следователно е необходимо да се поддържат различни потенциали в края на проводника. За да направите това, можете да прехвърляте такси от едно тяло на друго обратно през друг проводник, като образувате затворена верига за това. Въпреки това, при действието на силата на същото електрическо поле, такова прехвърляне на такси е невъзможно, тъй като потенциалът на втория орган е по-малък от потенциала на първия. Следователно прехвърлянето е възможно само чрез неелектрически произход. Наличието на такива сили осигурява източник на ток, включен във веригата.
Силите, действащи в текущия източник, носят такса от тялото с по-малък потенциал за тялото с голям потенциал и правят работа. Следователно трябва да има енергия.
Текущите източници са галванични елементи, батерии, генератори и др.
Така че, основните условия за появата на електрически ток: наличието на ток източник и затворена верига.
Проходът на ток във веригата е придружен от няколко осветени явления. Например, в някои течности, токът се наблюдава в електродите, спуснато в течността по време на преминаването. Токът в газовете често е придружен от газове и др. Електрическият ток в газове и вакуум изучава изключителен френски физик и математик - Andre Marie Ampere, благодарение на което сега знаем естеството на такива явления.
Както знаете, вакуумът е най-добрият изолатор, т.е. пространството, от което е бил споен въздухът.
Но можете да получите електрически ток във вакуум, за който е необходимо да се правят превозвачи на таксите.
Вземете кораба, от която е изхвърлен въздухът. Две метални плочи са усукани в този съд - два електрода. Един от тях (анод) се свързва с положителен източник на ток, друг K (катод) - с отрицателен. Напрежение между достатъчно прикрепете 80 - 100 V.
Включва чувствителен милиаммет във веригата. Устройството не показва никакъв ток; Това показва, че електрическият ток във вакуума не съществува.
Променяме опита си. Като катод, ние попадаме в съда на жицата - нишка, с измъчванията. Тази нишка все още ще остане катода. С помощта на друг източник на ток, за да го светеш. Отбелязваме, че веднага след като нивата е светеща, устройството, включено във веригата, показва електрическия ток във вакуум и по-голямото, толкова по-силно се навива нишката. Това означава, че нишката при нагряване осигурява наличието на заредени частици във вакуум, той е техният източник.
Как се зареждат тези частици? Отговорът на този въпрос може да даде опит. Преместване на полюсите от електродите в съда - нишката ще направи анод, а противоположният полюс е катод. И въпреки че нишката се прилага и изпраща заредени частици във вакуум, няма ток.
От това следва, че тези частици се таксуват отрицателно, защото са отблъснати от електрод А, когато се начислява отрицателно.
Какви са тези частици?
Според електронната теория, свободните електрони в метала са в хаотичното движение. При резба това движение се засилва. В същото време някои електрони, придобити от енергията, което е достатъчно, за да направят изхода, да излязат от нишката, образувайки "електронен облак" близо до него. Когато електрическото поле е образувано между нишката и анода, електроните летят до електрод А, ако е прикрепен към положителния полюс на батерията и се отблъскват обратно на конеца, ако е прикрепена към отрицателния полюс, т.е. такса, която е свързана с електрони.
Така че електрическият ток във вакуум е насочен поток на електрони.
