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इमैंनिर्वात में विद्युत धारा

1. कैथोड रे ट्यूब

वैक्यूम एक बर्तन में गैस की एक अवस्था है जिसमें अणु एक दूसरे से टकराए बिना बर्तन की एक दीवार से दूसरी दीवार पर उड़ जाते हैं।

एक वैक्यूम इंसुलेटर, इसमें करंट केवल आवेशित कणों के कृत्रिम परिचय के कारण उत्पन्न हो सकता है, इसके लिए पदार्थों द्वारा इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन (उत्सर्जन) का उपयोग किया जाता है। गर्म कैथोड वाले वैक्यूम लैंप में, थर्मिओनिक उत्सर्जन होता है, और एक फोटोडायोड में, फोटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन होता है।

आइए हम बताते हैं कि धातु द्वारा मुक्त इलेक्ट्रॉनों का स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन क्यों नहीं होता है। एक धातु में ऐसे इलेक्ट्रॉनों का अस्तित्व एक क्रिस्टल में परमाणुओं की निकटता का परिणाम है। हालाँकि, ये इलेक्ट्रॉन केवल इस अर्थ में स्वतंत्र हैं कि वे विशिष्ट परमाणुओं से संबंधित नहीं हैं, बल्कि समग्र रूप से क्रिस्टल से संबंधित हैं। कुछ मुक्त इलेक्ट्रॉन, धातु की सतह के पास अराजक गति के परिणामस्वरूप, इससे बाहर निकल जाते हैं। धातु की सतह का एक सूक्ष्म क्षेत्र, जो पहले विद्युत रूप से तटस्थ था, एक सकारात्मक असम्बद्ध आवेश प्राप्त करता है, जिसके प्रभाव में उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन धातु में वापस आ जाते हैं। प्रस्थान-वापसी प्रक्रियाएं लगातार होती रहती हैं, जिसके परिणामस्वरूप धातु की सतह के ऊपर एक बदली जाने योग्य इलेक्ट्रॉन बादल बनता है, और धातु की सतह एक दोहरी विद्युत परत बनाती है, जिसके सीमित बलों के खिलाफ कार्य कार्य किया जाना चाहिए। यदि इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन होता है, तो कुछ बाहरी प्रभावों (हीटिंग, लाइटिंग) ने ऐसा काम किया है

थर्मोनिक उत्सर्जन इलेक्ट्रॉनों को उत्सर्जित करने के लिए उच्च तापमान पर गर्म किए गए निकायों की संपत्ति है।

कैथोड रे ट्यूब एक ग्लास फ्लास्क है जिसमें एक उच्च वैक्यूम बनाया जाता है (10 से -6 डिग्री -10 से -7 डिग्री मिमी एचजी)। इलेक्ट्रॉनों का स्रोत एक पतला तार सर्पिल है (यह एक कैथोड भी है)। कैथोड के सामने एक खोखले सिलेंडर के रूप में एक एनोड होता है, जिसमें एक संकीर्ण छिद्र के साथ एक डायाफ्राम युक्त फोकसिंग सिलेंडर से गुजरने के बाद इलेक्ट्रॉन बीम प्रवेश करता है। कैथोड और एनोड के बीच कई किलोवोल्ट का वोल्टेज बना रहता है। एक विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित किए गए इलेक्ट्रॉन डायाफ्राम के छिद्र से बाहर निकलते हैं और एक पदार्थ से बने स्क्रीन पर उड़ते हैं जो इलेक्ट्रॉन प्रभावों की क्रिया के तहत चमकता है।

इलेक्ट्रॉन बीम को नियंत्रित करने के लिए दो जोड़े का उपयोग किया जाता है। धातु की प्लेटें, जिनमें से एक लंबवत और दूसरा क्षैतिज है। यदि प्लेटों के बाईं ओर एक नकारात्मक क्षमता है, और दाईं ओर एक सकारात्मक क्षमता है, तो बीम दाईं ओर विचलित हो जाएगी, और यदि प्लेटों की ध्रुवीयता बदल जाती है, तो बीम बाईं ओर विचलित हो जाएगी। यदि इन प्लेटों पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो बीम क्षैतिज तल में दोलन करेगी। इसी तरह, लंबवत विक्षेपण प्लेटों पर एक वैकल्पिक वोल्टेज होने पर बीम ऊर्ध्वाधर विमान में दोलन करेगा। पिछली प्लेटें क्षैतिज रूप से विक्षेपित हो रही हैं।

2. निर्वात में विद्युत धारा

एक वैक्यूम क्या है?

यह गैस विरलन की एक ऐसी डिग्री है जिस पर अणुओं का व्यावहारिक रूप से कोई टकराव नहीं होता है;

विद्युत प्रवाह संभव नहीं है, क्योंकि। आयनित अणुओं की संभावित संख्या विद्युत चालकता प्रदान नहीं कर सकती है;

यदि आप आवेशित कणों के स्रोत का उपयोग करते हैं तो आप निर्वात में विद्युत प्रवाह बना सकते हैं; बीम ट्यूब वैक्यूम डायोड

आवेशित कणों के स्रोत की क्रिया ऊष्मीय उत्सर्जन की घटना पर आधारित हो सकती है।

3. वैक्यूम डायोड

इलेक्ट्रॉन ट्यूबों में निर्वात में विद्युत प्रवाह संभव है।

एक वैक्यूम ट्यूब एक उपकरण है जो थर्मोनिक उत्सर्जन की घटना का उपयोग करता है।

एक वैक्यूम डायोड एक दो-इलेक्ट्रोड (ए-एनोड और के-कैथोड) इलेक्ट्रॉन ट्यूब है।

कांच के कंटेनर के अंदर बहुत कम दबाव बनता है

एच - फिलामेंट को गर्म करने के लिए कैथोड के अंदर रखा जाता है। गर्म कैथोड की सतह इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करती है। यदि एनोड + करंट सोर्स से जुड़ा है, और कैथोड - से जुड़ा है, तो सर्किट फ्लो होता है

निरंतर थर्मिओनिक धारा। वैक्यूम डायोड में एकतरफा चालन होता है।

वे। एनोड में करंट संभव है यदि एनोड क्षमता कैथोड क्षमता से अधिक है। इस मामले में, इलेक्ट्रॉन बादल से इलेक्ट्रॉन एनोड की ओर आकर्षित होते हैं, जिससे निर्वात में विद्युत प्रवाह होता है।

4. वाल्ट-एम्पीयरवैक्यूम डायोड विशेषता

एनोड पर कम वोल्टेज पर, कैथोड द्वारा उत्सर्जित सभी इलेक्ट्रॉन एनोड तक नहीं पहुंचते हैं, और बिजलीछोटा। उच्च वोल्टेज पर, करंट संतृप्ति तक पहुँच जाता है, अर्थात। अधिकतम मूल्य।

वैक्यूम डायोड का उपयोग रेक्टिफाई करने के लिए किया जाता है प्रत्यावर्ती धारा.

डायोड रेक्टिफायर के इनपुट पर करंट

रेक्टिफायर आउटपुट करंट

5. इलेक्ट्रॉन पुंज

यह वैक्यूम ट्यूब और गैस-डिस्चार्ज उपकरणों में तेजी से उड़ने वाले इलेक्ट्रॉनों की एक धारा है।

इलेक्ट्रॉन बीम के गुण:

विद्युत क्षेत्रों में विचलन;

में अस्वीकृत चुंबकीय क्षेत्रलोरेंत्ज़ बल के प्रभाव में;

जब किसी पदार्थ पर पड़ने वाली किरण का विलम्ब होता है, तो एक्स-रे उत्पन्न होते हैं;

कुछ ठोस और के ल्यूमिनेसेंस (ल्यूमिनेसेंस) का कारण बनता है तरल शरीर(फास्फोरस);

वे पदार्थ को गर्म करते हैं, उस पर गिरते हैं।

6. कैथोड रे ट्यूब (सीआरटी)

थर्मोनिक उत्सर्जन की घटना और इलेक्ट्रॉन बीम के गुणों का उपयोग किया जाता है।

CRT में एक इलेक्ट्रॉन गन, क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर विक्षेपण इलेक्ट्रोड प्लेट और एक स्क्रीन होती है।

इलेक्ट्रॉन गन में, गर्म कैथोड द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन नियंत्रण ग्रिड इलेक्ट्रोड से गुजरते हैं और एनोड द्वारा त्वरित होते हैं। इलेक्ट्रॉन गन इलेक्ट्रॉन बीम को एक बिंदु पर केंद्रित करती है और स्क्रीन पर चमक की चमक को बदल देती है। क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर प्लेटों को विक्षेपित करने से आप स्क्रीन पर इलेक्ट्रॉन बीम को स्क्रीन के किसी भी बिंदु पर ले जा सकते हैं। ट्यूब की स्क्रीन फॉस्फोर से ढकी होती है, जो इलेक्ट्रॉनों के साथ बमबारी करने पर चमकती है।

दो प्रकार के ट्यूब हैं:

1) इलेक्ट्रॉन बीम के इलेक्ट्रोस्टैटिक नियंत्रण के साथ (इलेक्ट्रॉन बीम का केवल विद्युत क्षेत्र द्वारा विचलन);

2) विद्युत चुम्बकीय नियंत्रण के साथ (चुंबकीय विक्षेपण कॉइल जोड़े जाते हैं)।

सीआरटी का मुख्य आवेदन:

टेलीविजन उपकरण में किनेस्कोप;

कंप्यूटर प्रदर्शित करता है;

प्रौद्योगिकी को मापने में इलेक्ट्रॉनिक ऑसिलोस्कोप।

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पाठ #40-169 गैसों में विद्युत धारा। निर्वात में विद्युत प्रवाह।

सामान्य परिस्थितियों में, गैस एक ढांकता हुआ है (आर), अर्थात। इसमें तटस्थ परमाणु और अणु होते हैं और इसमें मुक्त विद्युत प्रवाह वाहक नहीं होते हैं।

कंडक्टर गैसएक आयनित गैस है, इसमें इलेक्ट्रॉन-आयनिक चालकता है।

गैस आयनीकरण- यह एक आयनकार (पराबैंगनी, एक्स-रे और रेडियोधर्मी विकिरण; हीटिंग) की क्रिया के तहत तटस्थ परमाणुओं या अणुओं का सकारात्मक आयनों और इलेक्ट्रॉनों में क्षय है।

और उच्च गति पर टकराव में परमाणुओं और अणुओं के क्षय द्वारा समझाया गया है।

गैस निर्वहन- गैस के माध्यम से विद्युत प्रवाह का मार्ग। विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में आने पर गैस डिस्चार्ज ट्यूब (लैंप) में गैस डिस्चार्ज देखा जाता है।

आवेशित कणों का पुनर्संयोजन

गैस एक चालक नहीं रह जाती है, यदि आयनन रुक जाता है, तो यह पुनर्संयोजन के कारण होता है (पुनर्एकीकरण इसके विपरीत है

आवेशित कण)। गैस डिस्चार्ज के प्रकार: स्वतंत्र और गैर-निरंतर।

गैर-स्व-निरंतर गैस निर्वहन- यह एक डिस्चार्ज है जो केवल बाहरी आयोनाइजर्स की कार्रवाई के तहत मौजूद है

ट्यूब में गैस आयनित होती है, इलेक्ट्रोड की आपूर्ति की जाती है

वोल्टेज (यू) और एक विद्युत प्रवाह ट्यूब (आई) में दिखाई देता है।

यू में वृद्धि के साथ, वर्तमान ताकत I बढ़ जाती है

जब एक सेकंड में बनने वाले सभी आवेशित कण इस दौरान (एक निश्चित वोल्टेज (U *) पर इलेक्ट्रोड तक पहुँचते हैं, तो करंट संतृप्ति (I n) तक पहुँच जाता है। यदि आयनकार रुक जाता है, तो डिस्चार्ज भी रुक जाता है (I \u003d 0)।

स्वतंत्र गैस निर्वहन- प्रभाव आयनीकरण (= इलेक्ट्रिक शॉक आयनीकरण) के परिणामस्वरूप आयनों और इलेक्ट्रॉनों के कारण बाहरी आयनकार की समाप्ति के बाद बनी गैस में एक निर्वहन; तब होता है जब इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर बढ़ जाता है (एक इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन होता है)।

एक निश्चित वोल्टेज मान (यू ब्रेकडाउन) पर, वर्तमान ताकत फिर से

बढ़ती है। डिस्चार्ज को बनाए रखने के लिए आयनाइज़र की अब आवश्यकता नहीं है।

इलेक्ट्रॉन प्रभाव आयनीकरण होता है।

एक गैर-स्व-निरंतर गैस डिस्चार्ज यू ए = यू इग्निशन पर एक आत्मनिर्भर गैस डिस्चार्ज में बदल सकता है।

विद्युत गैस टूटना- एक गैर-स्व-निरंतर गैस निर्वहन का एक स्वतंत्र में संक्रमण।

स्वतंत्र गैस निर्वहन के प्रकार:

1. सुलगना - पर कम दबाव(कई मिमी एचजी तक) - गैस-लाइट ट्यूब और गैस लेजर में देखा गया। (दिन के उजाले लैंप)

2. चिंगारी - सामान्य दबाव पर (P .) = पी एटीएम) और उच्च तनाव विद्युत क्षेत्रई (बिजली - सैकड़ों हजारों एम्पीयर तक की वर्तमान ताकत)।

3. कोरोना - एक असमान विद्युत क्षेत्र में सामान्य दबाव पर (टिप पर, सेंट एल्मो की आग)।

4. चाप - बारीकी से स्थानांतरित इलेक्ट्रोड के बीच होता है - उच्च वर्तमान घनत्व, इलेक्ट्रोड के बीच कम वोल्टेज, (सर्चलाइट्स, प्रोजेक्शन फिल्म उपकरण, वेल्डिंग, पारा लैंप में)

प्लाज्मा- उच्च तापमान पर उच्च गति पर अणुओं के टकराने के कारण उच्च स्तर के आयनीकरण वाले पदार्थ के एकत्रीकरण की यह चौथी अवस्था है; प्रकृति में होता है: आयनमंडल एक कमजोर आयनित प्लाज्मा है, सूर्य पूरी तरह से आयनित प्लाज्मा है; कृत्रिम प्लाज्मा - गैस-डिस्चार्ज लैंप में।

प्लाज्मा होता है: 1. - निम्न-तापमान T< 10 5 К; 2. — высокотемпературная» Т >10 5 के.

प्लाज्मा के मुख्य गुण:

- उच्च विद्युत चालकता;

- बाहरी विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के साथ मजबूत संपर्क।

T \u003d 20∙ 10 3 30∙ 10 3 K पर, कोई भी पदार्थ एक प्लाज्मा है। ब्रह्मांड में 99% पदार्थ प्लाज्मा है।

निर्वात में विद्युत प्रवाह।

वैक्यूम एक अत्यंत दुर्लभ गैस है, व्यावहारिक रूप से अणुओं की कोई टक्कर नहीं होती है, लंबाई

कणों का मुक्त पथ (टकरावों के बीच की दूरी) बर्तन के आकार से अधिक होता है

(पी "पी ~ 10 -13 मिमी एचजी। कला।)। वैक्यूम इलेक्ट्रॉनिक चालकता द्वारा विशेषता है

(वर्तमान इलेक्ट्रॉनों की गति है), व्यावहारिक रूप से कोई प्रतिरोध नहीं है ( आर
).

निर्वात में:

- विद्युत प्रवाह संभव नहीं है, क्योंकि। आयनित अणुओं की संभावित संख्या विद्युत चालकता प्रदान नहीं कर सकती है;

- यदि आवेशित कणों के स्रोत का उपयोग किया जाता है तो निर्वात में विद्युत प्रवाह बनाना संभव है;

- आवेशित कणों के स्रोत की क्रिया ऊष्मीय उत्सर्जन की घटना पर आधारित हो सकती है।

किसी गर्म स्त्रोत से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन- गर्म पिंडों की सतह से मुक्त इलेक्ट्रॉनों के पलायन की घटना, ठोस या तरल पिंडों द्वारा इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन तब होता है जब उन्हें गर्म धातु की दृश्य चमक के अनुरूप तापमान पर गर्म किया जाता है। एक गर्म धातु इलेक्ट्रोड लगातार इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है, जिससे अपने चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन बादल बनता है।

संतुलन अवस्था में, इलेक्ट्रोड छोड़ने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या उस पर वापस आने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है (चूंकि इलेक्ट्रॉनों के खो जाने पर इलेक्ट्रोड सकारात्मक रूप से चार्ज होता है)। धातु का तापमान जितना अधिक होगा, इलेक्ट्रॉन बादल का घनत्व उतना ही अधिक होगा। इलेक्ट्रॉन ट्यूबों में निर्वात में विद्युत प्रवाह संभव है। एक वैक्यूम ट्यूब एक उपकरण है जो थर्मोनिक उत्सर्जन की घटना का उपयोग करता है।

वैक्यूम डायोड।

एक वैक्यूम डायोड एक दो-इलेक्ट्रोड (ए-एनोड और के-कैथोड) इलेक्ट्रॉन ट्यूब है। कांच के कंटेनर (10 -6 10 -7 मिमी एचजी) के अंदर बहुत कम दबाव बनाया जाता है, इसे गर्म करने के लिए फिलामेंट को कैथोड के अंदर रखा जाता है। गर्म कैथोड की सतह इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करती है। अगर एनोड जुड़ा हुआ है

वर्तमान स्रोत के "+" के साथ, और "-" के साथ कैथोड के साथ, फिर सर्किट में एक निरंतर थर्मिओनिक प्रवाह होता है। वैक्यूम डायोड में एकतरफा चालन होता है।

वे। एनोड में करंट संभव है यदि एनोड क्षमता कैथोड क्षमता से अधिक है। इस मामले में, इलेक्ट्रॉन बादल से इलेक्ट्रॉन एनोड की ओर आकर्षित होते हैं, जिससे निर्वात में विद्युत प्रवाह होता है।

वैक्यूम डायोड का सीवीसी (वोल्टेज विशेषता)।

एनोड पर कम वोल्टेज पर, कैथोड द्वारा उत्सर्जित सभी इलेक्ट्रॉन एनोड तक नहीं पहुंचते हैं, और करंट छोटा होता है। उच्च वोल्टेज पर, करंट संतृप्ति तक पहुँच जाता है, अर्थात। अधिकतम मूल्य। वैक्यूम डायोड एकतरफा प्रवाहकीय है और इसका उपयोग प्रत्यावर्ती धारा को सुधारने के लिए किया जाता है।

इलेक्ट्रॉन पुंजवैक्यूम ट्यूब और गैस-डिस्चार्ज उपकरणों में तेजी से उड़ने वाले इलेक्ट्रॉनों की एक धारा है।

इलेक्ट्रॉन बीम के गुण:

- विद्युत क्षेत्रों में विचलन;

- लोरेंत्ज़ बल की कार्रवाई के तहत चुंबकीय क्षेत्र में विचलन;

- एक्स-रे विकिरण तब उत्पन्न होता है जब पदार्थ से टकराने वाली किरण धीमी हो जाती है;

- कुछ ठोस और तरल निकायों (फास्फोरस) के ल्यूमिनेसेंस (ल्यूमिनेसेंस) का कारण बनता है;

- पदार्थ को गर्म करें, उस पर गिरें।

कैथोड रे ट्यूब (सीआरटी)

- थर्मोनिक उत्सर्जन की घटना और इलेक्ट्रॉन बीम के गुणों का उपयोग किया जाता है।

सीआरटी की संरचना: एक इलेक्ट्रॉन बंदूक, क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर विक्षेपण इलेक्ट्रोड प्लेट और एक स्क्रीन।

इलेक्ट्रॉन गन में, गर्म कैथोड द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन नियंत्रण ग्रिड इलेक्ट्रोड से गुजरते हैं और एनोड द्वारा त्वरित होते हैं। इलेक्ट्रॉन गन इलेक्ट्रॉन बीम को एक बिंदु पर केंद्रित करती है और स्क्रीन पर चमक की चमक को बदल देती है। क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर प्लेटों को विक्षेपित करने से आप स्क्रीन पर इलेक्ट्रॉन बीम को स्क्रीन के किसी भी बिंदु पर ले जा सकते हैं। ट्यूब की स्क्रीन फॉस्फोर से ढकी होती है, जो इलेक्ट्रॉनों के साथ बमबारी करने पर चमकती है।

दो प्रकार के ट्यूब हैं:

1. इलेक्ट्रॉन बीम के इलेक्ट्रोस्टैटिक नियंत्रण के साथ (इलेक्ट्रॉन बीम केवल विद्युत क्षेत्र द्वारा विक्षेपण)

2. विद्युत चुम्बकीय नियंत्रण के साथ (चुंबकीय विक्षेपण कॉइल जोड़े जाते हैं)।

सीआरटी का मुख्य आवेदन:टेलीविजन उपकरण में किनेस्कोप; कंप्यूटर प्रदर्शित करता है; प्रौद्योगिकी को मापने में इलेक्ट्रॉनिक ऑसिलोस्कोप।

परीक्षा प्रश्न

47. निम्नलिखित में से किस मामले में थर्मोनिक उत्सर्जन की घटना देखी गई है?

A. प्रकाश के प्रभाव में परमाणुओं का आयनीकरण। बी। परिणामस्वरूप परमाणुओं का आयनीकरण संघर्षउच्च तापमान पर आयन। B. एक टेलीविजन ट्यूब में गर्म कैथोड की सतह से इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन। D. जब विद्युत धारा किसी विद्युत अपघट्य विलयन से होकर गुजरती है।

खालीपन - इस तरह लैटिन से वैक्यूम शब्द का अनुवाद किया जाता है। वैक्यूम को एक ऐसी जगह कहने की प्रथा है जिसमें एक गैस होती है जिसका दबाव सैकड़ों होता है, और शायद वायुमंडलीय दबाव से हजारों गुना कम होता है। हमारे ग्रह पर, कृत्रिम रूप से एक वैक्यूम बनाया जाता है, क्योंकि in विवोऐसा राज्य असंभव है।

वैक्यूम के प्रकार

निर्वात में विद्युत धारा कैसे व्यवहार करती है? किसी भी धारा की तरह, निर्वात धारा मुक्त आवेशित कणों वाले स्रोत की उपस्थिति में प्रकट होती है।

कौन से कण निर्वात में विद्युत धारा उत्पन्न करते हैं? किसी भी बंद बर्तन में वैक्यूम बनाने के लिए उसमें से गैस को बाहर निकालना जरूरी होता है। यह अक्सर के साथ किया जाता है वैक्यूम पंप. यह एक ऐसा उपकरण है जो प्रयोग के लिए आवश्यक दबाव में गैस या भाप को पंप करने के लिए आवश्यक है।

निर्वात चार प्रकार के होते हैं: निम्न निर्वात, मध्यम निर्वात, उच्च निर्वात और अति उच्च निर्वात।

चावल। 1. वैक्यूम विशेषताओं

निर्वात में विद्युत धारा

निर्वात में धारा अपने आप मौजूद नहीं हो सकती, क्योंकि निर्वात एक ढांकता हुआ है। इस मामले में, आप थर्मिओनिक उत्सर्जन का उपयोग करके एक करंट बना सकते हैं। थर्मोनिक उत्सर्जन एक ऐसी घटना है जिसमें गर्म होने पर धातुओं से इलेक्ट्रॉन निकलते हैं। ऐसे इलेक्ट्रॉनों को थर्मोइलेक्ट्रॉन कहा जाता है, और पूरा शरीर एक उत्सर्जक होता है।

इस घटना को पहली बार अमेरिकी वैज्ञानिक थॉमस एडिसन ने 1879 में देखा था।

चावल। 2. ऊष्मीय उत्सर्जन

उत्सर्जन में विभाजित है:

• माध्यमिक इलेक्ट्रॉनिक (तेज इलेक्ट्रॉनों द्वारा दस्तक देना);
• ऊष्मीय (गर्म कैथोड से इलेक्ट्रॉनों का वाष्पीकरण);
• फोटोइलेक्ट्रॉनिक (इलेक्ट्रॉनों को प्रकाश द्वारा खटखटाया जाता है);
• इलेक्ट्रोनिक (एक मजबूत क्षेत्र से बाहर दस्तक)।

पर्याप्त गतिज ऊर्जा होने पर इलेक्ट्रॉन धातु से बाहर निकल सकते हैं। यह किसी धातु के लिए इलेक्ट्रॉनों के कार्य फलन से अधिक होना चाहिए। कैथोड से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन एक इलेक्ट्रॉन बादल बनाते हैं। उनमें से आधे अपनी मूल स्थिति में लौट आते हैं। संतुलन अवस्था में, उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की संख्या लौटने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है। इलेक्ट्रॉन बादल का घनत्व सीधे तापमान के समानुपाती होता है (अर्थात जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, बादल का घनत्व अधिक होता जाता है)।

जब इलेक्ट्रोड स्रोत से जुड़े होते हैं, तो a विद्युत क्षेत्र. यदि वर्तमान स्रोत का धनात्मक ध्रुव एनोड (ठंडा इलेक्ट्रोड) से जुड़ा है, और ऋणात्मक ध्रुव कैथोड (गर्म इलेक्ट्रोड) से जुड़ा है, तो विद्युत क्षेत्र की ताकत गर्म इलेक्ट्रोड को निर्देशित की जाएगी।

निर्वात में विद्युत धारा का अनुप्रयोग

निर्वात में विद्युत धारा का उपयोग विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में किया जाता है। ऐसा ही एक उपकरण है वैक्यूम डायोड।

चावल। 3. वैक्यूम डायोड

इसमें एक सिलेंडर होता है, जिसमें 2 इलेक्ट्रोड होते हैं - एक कैथोड और एक एनोड।

हमने क्या सीखा?

हमने इस लेख में निर्वात में विद्युत धारा के बारे में संक्षेप में सीखा। निर्वात में इसके अस्तित्व के लिए सबसे पहले मुक्त आवेशित कणों की उपस्थिति आवश्यक है। निर्वात के प्रकार और उनकी विशेषताओं पर भी विचार किया जाता है। अध्ययन के लिए आवश्यक ऊष्मीय उत्सर्जन की अवधारणा है। जानकारी का उपयोग भौतिकी पाठ में रिपोर्ट और रिपोर्ट तैयार करने के लिए किया जा सकता है।

निर्वात में विद्युत धारा

क्या निर्वात में विद्युत धारा का प्रसार करना संभव है (लैटिन निर्वात से - शून्यता)? चूंकि निर्वात में कोई मुक्त आवेश वाहक नहीं होते हैं, यह एक आदर्श ढांकता हुआ है। आयनों की उपस्थिति से निर्वात गायब हो जाएगा और एक आयनित गैस का उत्पादन होगा। लेकिन मुक्त इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति निर्वात के माध्यम से धारा के प्रवाह को सुनिश्चित करेगी। निर्वात में मुक्त इलेक्ट्रॉन कैसे प्राप्त करें? ऊष्मीय उत्सर्जन की घटना की मदद से - गर्म होने पर किसी पदार्थ द्वारा इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन।

वैक्यूम डायोड, ट्रायोड, कैथोड रे ट्यूब (पुराने टीवी में) ऐसे उपकरण हैं जिनका संचालन थर्मोनिक उत्सर्जन की घटना पर आधारित है। ऑपरेशन का मूल सिद्धांत: एक दुर्दम्य सामग्री की उपस्थिति जिसके माध्यम से धारा प्रवाहित होती है - कैथोड, एक ठंडा इलेक्ट्रोड जो थर्मोइलेक्ट्रॉनों को इकट्ठा करता है - एनोड।

भरा हुआ खालीपन किसी भी पंप द्वारा प्राप्त नहीं किया जा सकता है। हम दीपक को कितना भी पंप कर लें, उसमें गैस के निशान हमेशा रहेंगे। इसलिए, एक दीपक में, जिस विद्युत प्रवाह से हम अभी मिले हैं, वह वास्तव में एक निर्वात में नहीं, बल्कि एक बहुत ही दुर्लभ गैस में गुजरता है।

आधुनिक पंप इतने उच्च वैक्यूम का उत्पादन करते हैं कि डिस्चार्ज ट्यूब में बचे अणुओं का इलेक्ट्रॉनों की गति पर व्यावहारिक रूप से कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, और करंट उसी तरह प्रवाहित होता है जैसे पूर्ण निर्वात में होता है। हालांकि, कुछ मामलों में जानबूझकर दीपक को इस हद तक खाली नहीं किया जाता है। ऐसे लैम्प में रास्ते में इलेक्ट्रॉन बार-बार गैस के अणुओं से टकराते हैं। प्रभाव पर, वे अपनी कुछ ऊर्जा गैस के अणुओं में स्थानांतरित करते हैं। आमतौर पर इस ऊर्जा का उपयोग गैस को गर्म करने के लिए किया जाता है, लेकिन कुछ शर्तों के तहत गैस के अणु या परमाणु इसे प्रकाश के रूप में उत्सर्जित करते हैं। इस तरह के चमकदार ट्यूब मेट्रो के दरवाजों के ऊपर, दुकान की खिड़कियों और दुकान के संकेतों पर देखे जा सकते हैं।

गैस में विद्युत प्रवाह का मार्ग एक अत्यंत जटिल और विविध घटना है। इसका एक रूप है इलेक्ट्रिक आर्कविद्युत वेल्डिंग और धातुओं के पिघलने में उपयोग किया जाता है।

वायुमंडलीय दबाव में इसमें तापमान लगभग 3700 डिग्री होता है। 20 वायुमंडल में संपीड़ित गैस में जलने वाले चाप में, तापमान 5900 डिग्री तक पहुंच जाता है, यानी सूर्य की सतह के तापमान तक।

विद्युत चाप एक उज्ज्वल उत्सर्जित करता है सफेद रोशनीऔर इसलिए इसे प्रोजेक्शन लैंप और सर्चलाइट में एक शक्तिशाली प्रकाश स्रोत के रूप में भी प्रयोग किया जाता है।

विद्युत निर्वहन का एक अन्य रूप गैस टूटना है। हम दो विपरीत आवेशित धातु की गेंदों को एक साथ लाएंगे (कवर पर चित्र देखें)। इस मामले में, उनके बीच विद्युत क्षेत्र बढ़ जाता है। अंत में, यह इतना बड़ा हो जाता है कि यह हवा के अणुओं से गेंदों के बीच इलेक्ट्रॉनों को खींचता है। हवा आयनित है। परिणामी मुक्त इलेक्ट्रॉन और आयन गेंदों की ओर भागते हैं। रास्ते में वे नए अणु तोड़ते हैं, नए आयन बनाते हैं। वायु पल भर में प्रवाहकीय हो जाती है।

गेंदों के पास, आयन गेंदों के आरोपों को बेअसर करते हैं; मैदान गायब हो जाता है। शेष आयन अणुओं में पुनर्संयोजन करते हैं। वायु फिर से एक इन्सुलेटर है।

यह सब एक सेकंड के एक अंश में होता है। टूटने के साथ एक चिंगारी और एक दरार है। एक चिंगारी उड़ान आवेशों के प्रभाव से उत्तेजित अणुओं की चमक का परिणाम है। चिंगारी के मार्ग में गर्म होने के कारण हवा के विस्तार के कारण चटकना होता है।

यह घटना लघु रूप में बिजली और गड़गड़ाहट से मिलती जुलती है। दरअसल, बिजली एक ही विद्युत निर्वहन है जो तब होता है जब दो विपरीत रूप से चार्ज किए गए बादल आते हैं या बादल और पृथ्वी के बीच आते हैं।

अब हम दो प्री-चार्ज बॉल नहीं, बल्कि पर्याप्त शक्तिशाली जनरेटर से जुड़े दो कार्बन या धातु इलेक्ट्रोड को एक साथ लाएंगे। उनके बीच उत्पन्न होने वाला निर्वहन बंद नहीं होता है, क्योंकि जनरेटर के लिए धन्यवाद, इलेक्ट्रोड उन पर गिरने वाले आयनों से बेअसर नहीं होते हैं। हवा के बहुत ही अल्पकालिक टूटने के बजाय, एक स्थिर विद्युत चाप बनाया जाता है (चित्र 12), जिसकी चर्चा हम पहले ही कर चुके हैं। चाप में विकसित होने वाला उच्च तापमान इलेक्ट्रोड के बीच हवा की आयनित अवस्था को बनाए रखता है, और कैथोड से एक महत्वपूर्ण थर्मिओनिक उत्सर्जन भी बनाता है।

उस तंत्र के बारे में बात करने से पहले जिसके द्वारा विद्युत प्रवाह निर्वात में फैलता है, यह समझना आवश्यक है कि यह किस प्रकार का माध्यम है।

परिभाषा।निर्वात गैस की वह अवस्था है जिसमें किसी कण का मुक्त पथ होता है अधिक आकारपतीला। यानी ऐसी अवस्था जिसमें गैस का कोई अणु या परमाणु बर्तन की एक दीवार से दूसरे अणु या परमाणुओं से टकराए बिना उड़ जाता है। निर्वात गहराई की अवधारणा भी है, जो हमेशा निर्वात में रहने वाले कणों की छोटी संख्या की विशेषता है।

विद्युत धारा के अस्तित्व के लिए मुक्त आवेश वाहकों की उपस्थिति आवश्यक है। वे अंतरिक्ष के ऐसे क्षेत्र में कहाँ से आते हैं जहाँ पदार्थ की मात्रा बहुत कम है? इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी थॉमस एडिसन (चित्र 1) द्वारा किए गए प्रयोग पर विचार करना आवश्यक है। प्रयोग के दौरान, दो प्लेटों को में रखा गया था निर्वात कक्षऔर इसके बाहर एक सर्किट में शामिल इलेक्ट्रोमीटर के साथ बंद हो गया। एक प्लेट को गर्म करने के बाद, इलेक्ट्रोमीटर ने शून्य से विचलन दिखाया (चित्र 2)।

प्रयोग के परिणाम को इस प्रकार समझाया गया है: हीटिंग के परिणामस्वरूप, धातु वाष्पीकरण के दौरान पानी के अणुओं के उत्सर्जन के अनुरूप, अपनी परमाणु संरचना से इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करना शुरू कर देती है। गर्म धातु इलेक्ट्रॉन झील को घेर लेती है। इस घटना को थर्मोनिक उत्सर्जन कहा जाता है।

चावल। 2. एडिसन प्रयोग की योजना

बहुत तकनीकी महत्त्वतथाकथित इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग करता है।

परिभाषा।एक इलेक्ट्रॉन बीम इलेक्ट्रॉनों की एक धारा है जिसकी लंबाई इसकी चौड़ाई से बहुत अधिक है। इसे प्राप्त करना काफी आसान है। यह एक वैक्यूम ट्यूब लेने के लिए पर्याप्त है जिसके माध्यम से करंट गुजरता है, और एनोड में एक छेद बनाता है, जिसमें बिखरे हुए इलेक्ट्रॉन जाते हैं (तथाकथित इलेक्ट्रॉन गन) (चित्र 3)।

चावल। 3. इलेक्ट्रॉन गन

इलेक्ट्रॉन बीम में कई प्रमुख गुण होते हैं:

उच्च गतिज ऊर्जा की उपस्थिति के परिणामस्वरूप, जिस सामग्री में वे दुर्घटनाग्रस्त होते हैं, उस पर उनका थर्मल प्रभाव पड़ता है। इस संपत्ति का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक वेल्डिंग में किया जाता है। सामग्री की शुद्धता बनाए रखने के लिए इलेक्ट्रॉनिक वेल्डिंग आवश्यक है, उदाहरण के लिए, अर्धचालक वेल्डिंग करते समय।

धातुओं से टकराने पर, इलेक्ट्रॉन किरणें धीमी होकर दवा और प्रौद्योगिकी में प्रयुक्त एक्स-रे उत्सर्जित करती हैं (चित्र 4)।

चावल। 4. के साथ ली गई एक तस्वीर एक्स-रे विकिरण ()

जब एक इलेक्ट्रॉन बीम फॉस्फोर नामक कुछ पदार्थों से टकराता है, तो एक चमक उत्पन्न होती है, जिससे स्क्रीन बनाना संभव हो जाता है जो बीम की गति की निगरानी करने में मदद करता है, निश्चित रूप से, नग्न आंखों के लिए अदृश्य।

विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके बीम की गति को नियंत्रित करने की क्षमता।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि जिस तापमान पर थर्मोनिक उत्सर्जन प्राप्त किया जा सकता है वह उस तापमान से अधिक नहीं हो सकता जिस पर धातु संरचना नष्ट हो जाती है।

सबसे पहले, एडिसन ने निर्वात में करंट प्राप्त करने के लिए निम्नलिखित निर्माण का उपयोग किया। सर्किट में शामिल एक कंडक्टर को वैक्यूम ट्यूब के एक तरफ रखा गया था, और दूसरी तरफ एक सकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रोड रखा गया था (चित्र 5 देखें):

कंडक्टर के माध्यम से करंट के पारित होने के परिणामस्वरूप, यह गर्म होना शुरू हो जाता है, इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है जो सकारात्मक इलेक्ट्रोड की ओर आकर्षित होते हैं। अंत में, इलेक्ट्रॉनों की एक निर्देशित गति होती है, जो वास्तव में एक विद्युत प्रवाह है। हालाँकि, इस प्रकार उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की संख्या बहुत कम है, जिससे किसी भी उपयोग के लिए बहुत कम करंट मिलता है। एक और इलेक्ट्रोड जोड़कर इस समस्या को दूर किया जा सकता है। इस तरह के एक नकारात्मक संभावित इलेक्ट्रोड को अप्रत्यक्ष तापदीप्त इलेक्ट्रोड कहा जाता है। इसके प्रयोग से गतिमान इलेक्ट्रॉनों की संख्या कई गुना बढ़ जाती है (चित्र 6)।

चावल। 6. अप्रत्यक्ष चमक प्लग का उपयोग करना

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि निर्वात में धारा की चालकता धातुओं - इलेक्ट्रॉनिक के समान होती है। हालांकि इन मुक्त इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति का तंत्र पूरी तरह से अलग है।

ऊष्मीय उत्सर्जन की घटना के आधार पर, वैक्यूम डायोड नामक एक उपकरण बनाया गया था (चित्र 7)।

चावल। 7. विद्युत परिपथ पर निर्वात डायोड का पदनाम

आइए वैक्यूम डायोड पर करीब से नज़र डालें। डायोड दो प्रकार के होते हैं: एक फिलामेंट वाला डायोड और एक एनोड और एक फिलामेंट वाला डायोड, एक एनोड और एक कैथोड। पहले को डायरेक्ट फिलामेंट डायोड कहा जाता है, दूसरा - इनडायरेक्ट फिलामेंट। प्रौद्योगिकी में, पहले और दूसरे दोनों प्रकारों का उपयोग किया जाता है, हालांकि, डायरेक्ट-हीटेड डायोड में ऐसी कमी होती है कि गर्म होने पर, थ्रेड का प्रतिरोध बदल जाता है, जिससे डायोड के माध्यम से करंट में बदलाव होता है। और चूंकि डायोड का उपयोग करने वाले कुछ कार्यों के लिए पूरी तरह से स्थिर धारा की आवश्यकता होती है, इसलिए दूसरे प्रकार के डायोड का उपयोग करना अधिक उपयुक्त होता है।

दोनों ही मामलों में, कुशल उत्सर्जन के लिए फिलामेंट का तापमान होना चाहिए .

डायोड का उपयोग प्रत्यावर्ती धाराओं को ठीक करने के लिए किया जाता है। यदि डायोड का उपयोग औद्योगिक धाराओं को परिवर्तित करने के लिए किया जाता है, तो इसे केनोट्रॉन कहा जाता है।

इलेक्ट्रॉन-उत्सर्जक तत्व के पास स्थित इलेक्ट्रोड को कैथोड () कहा जाता है, दूसरे को एनोड () कहा जाता है। पर सही कनेक्शनजैसे-जैसे वोल्टेज बढ़ता है, करंट बढ़ता है। रिवर्स कनेक्शन के साथ, करंट बिल्कुल नहीं बहेगा (चित्र 8)। इस तरह, वैक्यूम डायोड की तुलना सेमीकंडक्टर डायोड से की जाती है, जिसमें, जब वापस स्विच किया जाता है, तो करंट, हालांकि न्यूनतम होता है। इस गुण के कारण, प्रत्यावर्ती धाराओं को ठीक करने के लिए वैक्यूम डायोड का उपयोग किया जाता है।

चावल। 8. वैक्यूम डायोड की करंट-वोल्टेज विशेषता

निर्वात में धारा प्रवाह की प्रक्रियाओं के आधार पर बनाया गया एक अन्य उपकरण एक विद्युत ट्रायोड (चित्र 9) है। इसका डिज़ाइन डायोड एक से तीसरे इलेक्ट्रोड की उपस्थिति से भिन्न होता है, जिसे ग्रिड कहा जाता है। इसके अलावा निर्वात में करंट के सिद्धांतों पर आधारित एक कैथोड रे ट्यूब जैसा एक उपकरण है, जो एक आस्टसीलस्कप और ट्यूब टीवी जैसे उपकरणों का मुख्य भाग बनाता है।

चावल। 9. निर्वात ट्रायोड का आरेख

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, एक निर्वात में वर्तमान प्रसार के गुणों के आधार पर, कैथोड किरण ट्यूब के रूप में इस तरह के एक महत्वपूर्ण उपकरण को डिजाइन किया गया था। अपने काम के केंद्र में, वह इलेक्ट्रॉन बीम के गुणों का उपयोग करती है। इस उपकरण की संरचना पर विचार करें। कैथोड-रे ट्यूब में एक विस्तार के साथ एक वैक्यूम फ्लास्क, एक इलेक्ट्रॉन गन, दो कैथोड और इलेक्ट्रोड के दो परस्पर लंबवत जोड़े होते हैं (चित्र 10)।

चावल। 10. कैथोड रे ट्यूब की संरचना

ऑपरेशन का सिद्धांत इस प्रकार है: थर्मिओनिक उत्सर्जन के परिणामस्वरूप बंदूक से निकलने वाले इलेक्ट्रॉनों को एनोड पर सकारात्मक क्षमता के कारण त्वरित किया जाता है। फिर, वांछित वोल्टेज को नियंत्रण इलेक्ट्रोड के जोड़े पर लागू करके, हम इलेक्ट्रॉन बीम को क्षैतिज और लंबवत रूप से पसंद कर सकते हैं। उसके बाद, निर्देशित बीम फॉस्फर स्क्रीन पर गिरती है, जो हमें उस पर बीम प्रक्षेपवक्र की छवि को देखने की अनुमति देती है।

कैथोड रे ट्यूब का उपयोग ऑसिलोस्कोप (चित्र 11) नामक एक उपकरण में किया जाता है, जिसे विद्युत संकेतों का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और किनेस्कोपिक टेलीविज़न में, एकमात्र अपवाद के साथ कि इलेक्ट्रॉन बीम चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा नियंत्रित होते हैं।

अगले पाठ में हम द्रवों में विद्युत धारा के प्रवाह का विश्लेषण करेंगे।

ग्रन्थसूची

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1. भौतिकी.kgsu.ru ()।
2. कैथेड्रल.narod.ru ()।
3. भौतिकी और प्रौद्योगिकी का विश्वकोश ()।

गृहकार्य

1. इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन क्या है?
2. इलेक्ट्रॉन बीम को नियंत्रित करने के तरीके क्या हैं?
3. अर्धचालक की चालकता तापमान पर कैसे निर्भर करती है?
4. अप्रत्यक्ष फिलामेंट इलेक्ट्रोड किसके लिए प्रयोग किया जाता है?
5. *वैक्यूम डायोड का मुख्य गुण क्या है? यह किस कारण से है?