Elektronáram vákuumban. Elektromos áram vákuumban

Küldje el a jó munkát a tudásbázis egyszerű. Használja az alábbi űrlapot

Azok a hallgatók, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik tanulmányaikban és munkájuk során használják fel a tudásbázist, nagyon hálásak lesznek Önnek.

közzétett http://www.allbest.ru/

ElElektromos áram vákuumban

1. Katódsugárcső

A vákuum egy olyan gázállapot az edényben, amelyben a molekulák az edény egyik falától a másikig repülnek, és soha nem ütköztek egymással.

Vákuumszigetelő, a benne lévő áram csak a töltött részecskék mesterséges bejuttatása miatt keletkezhet, ehhez az anyagok elektronkibocsátását (emisszióját) használják. A fűtött katóddal ellátott vákuumlámpákban termikus emisszió, a fotodiódában pedig fotoelektron-emisszió történik.

Magyarázzuk meg, miért nincs spontán szabad elektronkibocsátás egy fém által. Az ilyen elektronok fémben való létezése a kristályban lévő atomok közelségének következménye. Ezek az elektronok azonban csak abban az értelemben szabadok, hogy nem tartoznak bizonyos atomokhoz, hanem a kristály egészéhez tartoznak. A szabad elektronok egy része a fém felületén kaotikus mozgás eredményeként kirepül belőle. A fémfelület egy mikroterülete, amely korábban elektromosan semleges volt, pozitív, kompenzálatlan töltést kap, amelynek hatására a kibocsátott elektronok visszatérnek a fémbe. Folyamatosan zajlanak az indulási-visszatérési folyamatok, melynek eredményeként a fémfelület felett egy cserélhető elektronfelhő képződik, a fémfelület pedig kettős elektromos réteget képez, melynek bezáró erőivel szemben a munkafunkciót kell ellátni. Ha elektronemisszió történik, akkor bizonyos külső hatások (fűtés, világítás) végeztek ilyen munkát

A termikus emisszió a magas hőmérsékletre hevített testek azon tulajdonsága, hogy elektronokat bocsátanak ki.

A katódsugárcső egy üveglombik, amelyben nagy vákuumot hoznak létre (10-6 fok-10-7 fok Hgmm). Az elektronok forrása egy vékony huzalspirál (ez egyben katód is). A katóddal szemben egy üreges henger alakú anód található, amelybe az elektronsugár egy keskeny apertúrájú membránt tartalmazó fókuszáló hengeren való áthaladás után jut. A katód és az anód között több kilovolt feszültséget tartanak fenn. Az elektromos térrel felgyorsított elektronok a membrán apertúráján kirepülnek, és egy olyan anyagból készült képernyőre repülnek, amely elektronütés hatására világít.

Az elektronsugár szabályozására két pár szolgál. fémlemezek, amelyek közül az egyik függőleges, a másik vízszintes. Ha a lemezek bal oldala negatív, a jobb oldali pozitív potenciállal rendelkezik, akkor a nyaláb jobbra tér el, és ha a lemezek polaritása megváltozik, akkor a sugár balra. Ha ezekre a lemezekre feszültséget kapcsolunk, akkor a nyaláb a vízszintes síkban oszcillál. Hasonlóképpen a sugár a függőleges síkban oszcillál, ha a függőlegesen eltérítő lemezeken váltakozó feszültség van. Az előző lemezek vízszintesen elhajlottak.

2. Elektromos áram vákuumban

Mi az a vákuum?

Ez a gáz ritkításának olyan foka, amelynél gyakorlatilag nincs molekulák ütközése;

Elektromos áram nem lehetséges, mert. az ionizált molekulák lehetséges száma nem tud elektromos vezetőképességet biztosítani;

Vákuumban elektromos áramot hozhat létre, ha töltött részecskéket tartalmazó forrást használ; gerendacsöves vákuumdióda

A töltött részecskék forrásának hatása a termikus emisszió jelenségén alapulhat.

3. vákuum dióda

Elektromos áram vákuumban lehetséges az elektroncsövekben.

A vákuumcső olyan eszköz, amely a termikus emisszió jelenségét használja.

A vákuumdióda egy kételektródos (A-anód és K-katód) elektroncső.

Nagyon alacsony nyomás jön létre az üvegtartály belsejében

H - a katód belsejében elhelyezett izzószál, amely felmelegíti azt. A fűtött katód felülete elektronokat bocsát ki. Ha az anód a + áramforráshoz, a katód pedig a -hoz csatlakozik, akkor az áramkör folyik

állandó termikus áram. A vákuumdióda egyirányú vezetésű.

Azok. áram az anódban lehetséges, ha az anódpotenciál nagyobb, mint a katódpotenciál. Ebben az esetben az elektronfelhőből származó elektronok az anódhoz vonzódnak, és vákuumban elektromos áramot hoznak létre.

4. Volt-ampervákuumdióda karakterisztika

Alacsony anódfeszültség esetén a katód által kibocsátott összes elektron nem éri el az anódot, és elektromosság kicsi. Nagy feszültségeknél az áram eléri a telítettséget, azaz. maximális érték.

Az egyenirányításra vákuumdiódát használnak váltakozó áram.

Áram a dióda egyenirányító bemenetén

Egyenirányító kimeneti árama

5. elektronsugarak

Ez egy gyorsan repülő elektronok folyama vákuumcsövekben és gázkisüléses eszközökben.

Az elektronsugarak tulajdonságai:

Eltérni elektromos mezőkben;

ben elutasítva mágneses mezők a Lorentz-erő hatása alatt;

Amikor egy anyagra eső sugár lelassul, röntgensugarak keletkeznek;

Lumineszcenciát (lumineszcenciát) okoz néhány szilárd és folyékony testek(foszforok);

Felmelegítik az anyagot, ráesnek.

6. Katódsugárcső (CRT)

Felhasználják a termikus emisszió jelenségeit és az elektronsugarak tulajdonságait.

A katódsugárcső elektronágyúból, vízszintes és függőleges terelőelektródalapokból és képernyőből áll.

Az elektronágyúban a felmelegített katód által kibocsátott elektronok áthaladnak a vezérlőrács elektródán, és az anódok felgyorsítják őket. Az elektronágyú egy pontra fókuszálja az elektronsugarat, és megváltoztatja a képernyő fényerejét. Az eltérítő vízszintes és függőleges lemezek lehetővé teszik, hogy a képernyőn lévő elektronsugarat a képernyő bármely pontjára mozgassa. A cső képernyőjét foszfor borítja, amely elektronokkal bombázva világít.

Kétféle cső létezik:

1) az elektronsugár elektrosztatikus szabályozásával (az elektronsugár eltérése csak az elektromos tér által);

2) elektromágneses vezérléssel (mágneses eltérítő tekercsek hozzáadva).

A CRT fő alkalmazása:

kineszkópok televíziós berendezésekben;

számítógépes kijelzők;

elektronikus oszcilloszkópok a méréstechnikában.

Az Allbest.ru oldalon található

...

Hasonló dokumentumok

A vákuum a gáz állapota a légköri nyomásnál kisebb nyomáson. Az elektronok áramlása vákuumban egyfajta elektromos áramként. A termikus emisszió jelensége, alkalmazása. Vákuumdióda (kételektródás lámpa). A dióda áram-feszültség karakterisztikája.

absztrakt, hozzáadva: 2008.10.24

Az elektromos áram fogalma és előfordulásának feltételei. A fémek szupravezető képessége at alacsony hőmérsékletek. Az elektrolízis fogalmai és elektrolitikus disszociáció. Elektromos áram folyadékokban. Faraday törvénye. Az elektromos áram tulajdonságai gázokban, vákuum.

bemutató, hozzáadva 2014.01.27

Az elektromos áram fogalma. Az elektronáramlás viselkedése különböző közegekben. A vákuum-elektronsugárcső működési elve. Elektromos áram folyadékokban, fémekben, félvezetőkben. A vezetőképesség fogalma és fajtái. Az elektron-lyuk átmenet jelensége.

bemutató, hozzáadva: 2014.11.05

Az elektrodinamika alapfogalmai és speciális szakaszai. Az elektromos áram létezésének feltételei, munkájának és teljesítményének kiszámítása. Ohm törvénye az egyen- és váltóáramra. Volt-amper jellemző fémekre, elektrolitokra, gázokra és vákuumdiódára.

bemutató, hozzáadva 2013.11.30

Az elektromos áram fogalma, mint a töltött részecskék rendezett mozgása. Az elektromos akkumulátorok típusai és az energiaátalakítás módjai. A galvánelem eszköze, az akkumulátorok működésének jellemzői. Az áramforrások osztályozása és alkalmazása.

bemutató, hozzáadva 2012.01.18

Az elektromos áram fogalma, irányának, hatásának és erősségének megválasztása. A részecskék mozgása egy vezetőben, tulajdonságai. Elektromos áramkörök és csatlakozások típusai. A Joule-Lenz-törvény a vezető által kibocsátott hőmennyiségről, Ohm-törvény az áramerősségről az áramköri szakaszban.

bemutató, hozzáadva: 2009.05.15

Elektromos áram keletkezése, töltött részecskék létezése, mozgása, kölcsönhatása. Az elektromosság megjelenésének elmélete két különböző fém érintkezésekor, elektromos áramforrás létrehozása, az elektromos áram hatásának vizsgálata.

bemutató, hozzáadva 2011.01.28

Az elektromos áram hőhatása. A Joule-Lenz törvény lényege. Az üvegház és az üvegház fogalma. A ventilátoros fűtőtestek használatának hatékonysága és kábeles fűtésüvegházi talaj. Az elektromos áram hőhatása az inkubátorok berendezésében.

bemutató, hozzáadva 2013.11.26

Lineáris elektromos áramkörök számítása egyenáram, áramok meghatározása a hurokáramok módszereinek minden ágában, rávezetés, hajtogatás. Egyenáramú nemlineáris elektromos áramkörök. Lineáris váltakozó áramú áramkörök elektromos állapotának elemzése.

szakdolgozat, hozzáadva 2013.10.05

Az elektromos áram fogalma. Ohm törvénye egy áramköri szakaszra. A fémek áramának sajátosságai, a szupravezetés jelensége. Termionikus emisszió vákuumdiódákban. Dielektromos, elektrolitikus és félvezető folyadékok; elektrolízis törvénye.

lecke #40-169 Elektromos áram a gázokban. Elektromos áram vákuumban.

Normál körülmények között a gáz dielektrikum (R), azaz semleges atomokból és molekulákból áll, és nem tartalmaz szabad elektromos áramhordozókat.

Vezető gáz ionizált gáz, elektron-ion vezetőképességgel rendelkezik.

Gázionizáció- ez a semleges atomok vagy molekulák pozitív ionokká és elektronokká bomlása ionizátor hatására (ultraibolya, röntgen és radioaktív sugárzás; melegítés)

és az atomok és molekulák bomlásával magyarázható nagy sebességű ütközések során.

gázkisülés- elektromos áram áthaladása a gázon. Gázkisülés figyelhető meg a gázkisülési csövekben (lámpákban), amikor elektromos vagy mágneses térnek vannak kitéve.

Töltött részecskék rekombinációja

A gáz megszűnik vezető lenni, ha az ionizáció leáll, ez rekombináció miatt következik be (az újraegyesítés ellentétes

töltött részecskék). A gázkibocsátások típusai: független és nem önfenntartó.

Nem önfenntartó gázkibocsátás- ez egy kisülés, amely csak külső ionizátorok hatására létezik

A csőben lévő gáz ionizált, az elektródákat ellátjuk

feszültség (U) és elektromos áram jelenik meg a csőben (I).

U növekedésével az I áramerősség nő

Amikor ez idő alatt az összes feltöltött részecske eléri az elektródákat (bizonyos feszültségen (U *), az áram eléri a telítést (I n). Ha az ionizátor leáll, a kisülés is leáll (I \u003d 0).

Független gázkibocsátás- az ütési ionizációból származó ionok és elektronok hatására a külső ionizáló leállása után is fennmaradó kisülés gázban (= áramütési ionizáció); akkor következik be, amikor az elektródák közötti potenciálkülönbség megnő (elektronlavina következik be).

Egy bizonyos feszültségértéknél (U-lebontás) ismét az áramerősség

növeli. Az ionizátorra már nincs szükség a kisülés fenntartásához.

Elektron ütközés ionizáció lép fel.

A nem önfenntartó gázkisülés U a = U gyújtásnál önfenntartó gázkisüléssé válhat.

Elektromos gáz meghibásodás- a nem önfenntartó gázkibocsátás átállása önállóvá.

A független gázkibocsátás típusai:

1. parázsló - at alacsony nyomások(több Hgmm-ig) - gáz-fénycsövekben és gázlézerekben figyelhető meg. (nappali lámpák)

2. szikra - normál nyomáson (P = P atm) és nagy feszültség elektromos mező E (villámlás - áramerősség akár több százezer amper).

3. korona - normál nyomáson nem egyenletes elektromos térben (a csúcson, St. Elmo tüzei).

4. ív - szorosan eltolt elektródák között lép fel - nagy áramsűrűség, alacsony feszültség az elektródák között, (keresőlámpákban, vetítőfilm berendezésekben, hegesztésben, higanylámpákban)

Vérplazma- ez a negyedik állapota a nagy ionizációs fokú anyag aggregációjának a molekulák nagy sebességgel és magas hőmérsékleten történő ütközése miatt; a természetben előfordul: az ionoszféra gyengén ionizált plazma, a Nap teljesen ionizált plazma; mesterséges plazma - gázkisüléses lámpákban.

Plazma történik: 1. - alacsony hőmérsékletű T< 10 5 К; 2. — высокотемпературная» Т >10 5 K.

A plazma főbb tulajdonságai:

- magas elektromos vezetőképesség;

— erős kölcsönhatás külső elektromos és mágneses mezőkkel.

T \u003d 20∙ 10 3 ÷ 30∙ 10 3 K hőmérsékleten minden anyag plazma. A világegyetem anyagának 99%-a plazma.

Elektromos áram vákuumban.

A vákuum egy nagyon ritka gáz, gyakorlatilag nincs molekulák ütközése, hossza

a részecskék szabad útja (az ütközések közötti távolság) nagyobb, mint az edény mérete

(P "P ~ 10 -13 Hgmm. Art.). A vákuumot az elektronikus vezetőképesség jellemzi

(az áram az elektronok mozgása), gyakorlatilag nincs ellenállás ( R
).

Vákuumban:

- elektromos áram nem lehetséges, mert. az ionizált molekulák lehetséges száma nem tud elektromos vezetőképességet biztosítani;

- lehetséges az elektromos áram létrehozása vákuumban, ha töltött részecskék forrását használjuk;

— a töltött részecskék forrásának hatása a termikus emisszió jelenségén alapulhat.

Termionikus emisszió- a felmelegített testek felületéről szabad elektronok kiszökésének jelensége, szilárd vagy folyékony testek elektronemissziója akkor következik be, ha azokat a forró fém látható izzásának megfelelő hőmérsékletre hevítik. Egy felhevített fémelektróda folyamatosan elektronokat bocsát ki, és elektronfelhőt képez maga körül.

Egyensúlyi állapotban az elektródát elhagyó elektronok száma megegyezik a hozzá visszatért elektronok számával (mivel az elektróda pozitív töltésű az elektronok elvesztésekor). Minél magasabb a fém hőmérséklete, annál nagyobb az elektronfelhő sűrűsége. Elektromos áram vákuumban lehetséges az elektroncsövekben. A vákuumcső olyan eszköz, amely a termikus emisszió jelenségét használja.

vákuum dióda.

A vákuumdióda egy kételektródos (A-anód és K-katód) elektroncső. Az üvegtartály belsejében nagyon alacsony nyomás jön létre (10 -6 ÷10 -7 Hgmm), az izzószál a katód belsejébe kerül, hogy felmelegítse azt. A fűtött katód felülete elektronokat bocsát ki. Ha az anód csatlakoztatva van

az áramforrás „+”, a katód pedig „-” jelével, akkor az áramkörben állandó termikus áram folyik. A vákuumdióda egyirányú vezetésű.

Vákuumdióda CVC (feszültségkarakterisztika).

Az anód alacsony feszültségein a katód által kibocsátott elektronok nem mindegyike éri el az anódot, és az áram kicsi. Nagy feszültségeknél az áram eléri a telítettséget, azaz. maximális érték. A vákuumdióda egyirányú vezetőképességű, és a váltakozó áram egyenirányítására szolgál.

elektronsugarak vákuumcsövekben és gázkisüléses eszközökben gyorsan repülő elektronok folyama.

Az elektronsugarak tulajdonságai:

— elektromos térben eltérni;

- eltér a mágneses mezőkben a Lorentz-erő hatására;

- röntgensugárzás keletkezik, amikor az anyagot érő sugár lelassul;

- egyes szilárd és folyékony testek (foszforok) lumineszcenciáját (lumineszcenciáját) okozza;

- melegítse fel az anyagot, ráesve.

Katódsugárcső (CRT)

— felhasználják a termikus emisszió jelenségeit és az elektronsugarak tulajdonságait.

A katódsugárcső összetétele: elektronágyú, vízszintes és függőleges terelőelektródalapok és képernyő.

Kétféle cső létezik:

1. az elektronsugár elektrosztatikus szabályozásával (az elektronsugár eltérítése csak elektromos tér hatására)

2. elektromágneses vezérléssel (mágneses eltérítő tekercsek hozzáadva).

A CRT fő alkalmazása: kineszkópok televíziós berendezésekben; számítógépes kijelzők; elektronikus oszcilloszkópok a méréstechnikában.

Vizsgakérdés

47. Az alábbi esetek közül melyikben figyelhető meg a termikus emisszió jelensége?

A. Atomok ionizációja fény hatására. B. Az atomok ionizációja ennek eredményeként összecsapásokionok magas hőmérsékleten. B. Televíziócsőben lévő fűtött katód felületéről elektronemisszió. D. Amikor elektromos áram halad át egy elektrolit oldaton.

Üresség – így fordítják a vákuum szót latinból. Szokásos vákuumnak nevezni azt a teret, amelyben egy gáz van, amelynek nyomása több százszor, és talán több ezerszer alacsonyabb a légköri nyomásnál. Bolygónkon mesterségesen vákuumot hoznak létre, mivel in vivo egy ilyen állapot lehetetlen.

A vákuum típusai

Hogyan viselkedik az elektromos áram vákuumban? Mint minden áram, a vákuumáram szabad töltött részecskéket tartalmazó forrás jelenlétében jelenik meg.

Milyen részecskék hoznak létre elektromos áramot vákuumban? Bármely zárt edényben vákuum létrehozásához gázt kell kiszivattyúzni belőle. Ez leggyakrabban azzal történik légszivattyú. Ez egy olyan eszköz, amely szükséges a gáz vagy gőz kiszivattyúzásához a kísérlethez szükséges nyomásra.

A vákuumnak négy típusa van: alacsony vákuum, közepes vákuum, nagyvákuum és ultramagas vákuum.

Rizs. 1. A vákuum specifikációi

Elektromos áram vákuumban

A vákuumban lévő áram önmagában nem létezhet, mivel a vákuum dielektrikum. Ebben az esetben hőkibocsátással áramot hozhat létre. A termikus emisszió olyan jelenség, amelyben a fémekből hevítés hatására elektronok szabadulnak fel. Az ilyen elektronokat termoelektronoknak nevezzük, és az egész test emitter.

Ezt a jelenséget először Thomas Edison amerikai tudós vette észre 1879-ben.

Rizs. 2. Termionikus emisszió

A kibocsátás a következőkre oszlik:

másodlagos elektronikus (kiütés gyors elektronok által);
termikus (elektronok elpárologtatása forró katódról);
fotoelektronikus (az elektronokat a fény kiüti);
elektronikus (erős mezőny általi kiütés).

Az elektronok kirepülhetnek a fémből, ha elegendő mozgási energiával rendelkeznek. Nagyobbnak kell lennie, mint egy adott fém elektronjainak munkafüggvénye. A katódból kibocsátott elektronok elektronfelhőt alkotnak. Felük visszatér eredeti helyzetébe. Egyensúlyi állapotban a kibocsátott elektronok száma megegyezik a visszatérők számával. Az elektronfelhő sűrűsége közvetlenül függ a hőmérséklettől (azaz a hőmérséklet emelkedésével a felhő sűrűsége egyre nagyobb lesz).

Ha az elektródákat a forráshoz csatlakoztatjuk, a elektromos mező. Ha az áramforrás pozitív pólusa az anódhoz (hideg elektróda), a negatív pólus pedig a katódhoz (forró elektróda) csatlakozik, akkor az elektromos térerősség a fűtött elektródára irányul.

Elektromos áram alkalmazása vákuumban

A vákuumban lévő elektromos áramot különféle elektronikus eszközökben használják. Az egyik ilyen eszköz a vákuumdióda.

Rizs. 3. Vákuumos dióda

Egy hengerből áll, amely 2 elektródát tartalmaz - egy katódot és egy anódot.

Mit tanultunk?

Ebben a cikkben röviden megismerkedtünk a vákuum elektromos áramával. Vákuumban való létezéséhez mindenekelőtt szabad töltött részecskék jelenléte szükséges. A vákuum típusait és jellemzőit is figyelembe kell venni. A vizsgálathoz szükséges a termikus emisszió fogalma. Az információk felhasználhatók egy fizikaórán beszámoló készítéséhez és beszámolóhoz.

Elektromos áram vákuumban

Lehetséges-e elektromos áramot terjeszteni vákuumban (latin vákuum - üresség)? Mivel a vákuumban nincsenek szabad töltéshordozók, ideális dielektrikum. Az ionok megjelenése a vákuum megszűnéséhez és ionizált gáz képződéséhez vezetne. De a szabad elektronok megjelenése biztosítja az áram áramlását a vákuumon keresztül. Hogyan juthatunk szabad elektronokhoz vákuumban? A termikus emisszió jelenségének segítségével - az anyag által hevített elektronok kibocsátása.

A vákuumdióda, trióda, katódsugárcső (régi tévékben) olyan eszközök, amelyek működése a termikus emisszió jelenségén alapul. A működés alapelve: egy tűzálló anyag jelenléte, amelyen keresztül áramlik - a katód, egy hideg elektróda, amely összegyűjti a termoelektronokat - az anód.

Teljes vákuum semmilyen szivattyúval nem lehet beszerezni. Hiába pumpáljuk ki a lámpát, gáznyomok mindig maradnak benne. Ezért egy lámpában az elektromos áram, amellyel az imént találkoztunk, valójában nem vákuumban halad át, hanem egy nagyon ritka gázban.

A modern szivattyúk olyan nagy vákuumot hoznak létre, hogy a kisülési csőben maradó molekulák gyakorlatilag nem befolyásolják az elektronok mozgását, és az áram ugyanúgy folyik, mint a teljes vákuumban. Bizonyos esetekben azonban a lámpát szándékosan nem ürítik ki ilyen mértékben. Egy ilyen lámpában az elektronok útjuk során többször ütköznek gázmolekulákkal. Becsapódáskor energiájuk egy részét átadják a gázmolekuláknak. Általában ezt az energiát használják fel a gáz felmelegítésére, de bizonyos körülmények között a gáz molekulái vagy atomjai fény formájában bocsátják ki. Ilyen fénycsövek láthatók a metró ajtaja felett, a kirakatokon, bolttáblákon.

Az elektromos áram áthaladása egy gázban rendkívül összetett és sokrétű jelenség. Egyik formája az elektromos ív fémek elektromos hegesztésére és olvasztására használják.

A hőmérséklet atmoszférikus nyomáson körülbelül 3700 fok. 20 atmoszférára sűrített gázban égő ívben a hőmérséklet eléri az 5900 fokot, vagyis a Nap felszínének hőmérsékletét.

Az elektromos ív fényes fényt bocsát ki fehér fény ezért nagy teljesítményű fényforrásként is használják vetítőlámpákban és keresőlámpákban.

Az elektromos kisülés másik formája a gázlebontás. Két ellentétes töltésű fémgolyót fogunk összerakni (lásd a borítón lévő képet). Ebben az esetben a köztük lévő elektromos tér megnő. Végül olyan nagy lesz, hogy elektronokat von ki a levegőmolekulákból a golyók között. A levegő ionizált. A keletkező szabad elektronok és ionok a golyókhoz rohannak. Útjuk során új molekulákat törnek fel, új ionokat hoznak létre. A levegő egy pillanatra vezetőképessé válik.

A golyókhoz közeledve az ionok semlegesítik a golyók töltéseit; eltűnik a mező. A fennmaradó ionok molekulákká egyesülnek. A levegő ismét szigetelő.

Mindez a másodperc töredéke alatt történik. A meghibásodást szikra és repedés kíséri. A szikra a repülő töltések hatására gerjesztett molekulák ragyogásának eredménye. A reccsenést a levegő tágulása okozza a szikra útján annak felmelegedése miatt.

Ez a jelenség miniatűr villámlásra és mennydörgésre hasonlít. Valójában a villámlás ugyanaz az elektromos kisülés, amely akkor következik be, amikor két ellentétes töltésű felhő közeledik egy felhő és a Föld között.

Most nem két előretöltött golyót fogunk össze, hanem két szén- vagy fémelektródát, amelyek egy kellően erős generátorhoz vannak csatlakoztatva. A köztük fellépő kisülés nem áll le, hiszen a generátornak köszönhetően az elektródákat nem semlegesítik a rájuk eső ionok. A levegő nagyon rövid távú lebomlása helyett stabil elektromos ív jön létre (12. ábra), amit fentebb már tárgyaltunk. Az ívben kialakuló magas hőmérséklet fenntartja a levegő ionizált állapotát az elektródák között, emellett jelentős hőkibocsátást hoz létre a katódból.

Mielőtt beszélnénk arról a mechanizmusról, amellyel az elektromos áram terjed a vákuumban, meg kell érteni, hogy milyen közegről van szó.

Meghatározás. A vákuum a gáznak az az állapota, amelyben egy részecske szabad útja van mérete felett hajó. Vagyis egy olyan állapot, amelyben egy gáz molekulája vagy atomja az edény egyik faláról a másikra repül anélkül, hogy más molekulákkal vagy atomokkal ütközne. Létezik a vákuummélység fogalma is, amely a mindig vákuumban maradó részecskék kis számát jellemzi.

Az elektromos áram létezéséhez szabad töltéshordozók jelenléte szükséges. Honnan származnak a tér nagyon alacsony anyagtartalmú régiójából? A kérdés megválaszolásához figyelembe kell venni Thomas Edison amerikai fizikus által végzett kísérletet (1. ábra). A kísérlet során két tányért helyeztünk be vákuumkamraés azon kívül zárva egy áramkörben a mellékelt elektrométerrel. Az egyik lemez felmelegítése után az elektrométer nullától való eltérést mutatott (2. ábra).

A kísérlet eredményét a következőképpen magyarázzuk: hevítés hatására a fém elektronokat kezd kibocsátani az atomszerkezetéből, a párolgás során a vízmolekulák kibocsátásával analóg módon. A felhevült fém körülveszi az elektrontavat. Ezt a jelenséget termikus emissziónak nevezik.

Rizs. 2. Az Edison-kísérlet vázlata

Nagyon technikás fontosságátúgynevezett elektronsugarat használ.

Meghatározás. Az elektronsugár olyan elektronfolyam, amelynek hossza sokkal nagyobb, mint a szélessége. Megszerzése meglehetősen egyszerű. Elég, ha veszünk egy vákuumcsövet, amelyen áthalad az áram, és az anódon egy lyukat készítünk, ahová a szétszórt elektronok eljutnak (ún. elektronágyú) (3. ábra).

Rizs. 3. Elektronpisztoly

Az elektronsugarak számos kulcsfontosságú tulajdonsággal rendelkeznek:

A nagy kinetikus energia jelenléte következtében termikus hatást gyakorolnak arra az anyagra, amelybe beleütköznek. Ezt a tulajdonságot az elektronikus hegesztésben használják. Az elektronikus hegesztésre olyan alkalmazásokban van szükség, ahol fontos az anyagok tisztaságának megőrzése, például félvezetők hegesztésekor.

Fémekkel való ütközéskor az elektronsugarak lassulva bocsátanak ki az orvostudományban és a technikában használatos röntgensugarakat (4. ábra).

Rizs. 4. Egy kép, amivel készült röntgensugárzás ()

Amikor egy elektronsugár eltalál néhány foszfornak nevezett anyaggal, izzás lép fel, ami lehetővé teszi olyan képernyők létrehozását, amelyek segítik a sugár mozgásának monitorozását, természetesen szabad szemmel láthatatlanul.

A sugarak mozgásának elektromos és mágneses mezők segítségével történő szabályozásának képessége.

Meg kell jegyezni, hogy az a hőmérséklet, amelyen a hőkibocsátás elérhető, nem haladhatja meg azt a hőmérsékletet, amelyen a fémszerkezet tönkremegy.

Edison eleinte a következő konstrukciót használta, hogy vákuumban áramot nyerjen. A vákuumcső egyik oldalára az áramkörben lévő vezetőt, a másik oldalára pozitív töltésű elektródát helyeztek (lásd 5. ábra):

A vezetőn áthaladó áram hatására felmelegszik, és elektronokat bocsát ki, amelyek vonzódnak a pozitív elektródához. A végén az elektronok irányított mozgása történik, ami valójában egy elektromos áram. Az így kibocsátott elektronok száma azonban túl kicsi, és túl kevés áramot ad bármilyen felhasználáshoz. Ez a probléma egy másik elektróda hozzáadásával megoldható. Az ilyen negatív potenciálú elektródát indirekt izzóelektródának nevezzük. Használatával sokszorosára nő a mozgó elektronok száma (6. ábra).

Rizs. 6. Indirekt izzítógyertya használata

Meg kell jegyezni, hogy az áram vezetőképessége vákuumban megegyezik a fémek vezetőképességével - elektronikus. Bár ezeknek a szabad elektronoknak a megjelenési mechanizmusa teljesen más.

A termikus emisszió jelensége alapján létrehoztak egy vákuumdiódának nevezett eszközt (7. ábra).

Rizs. 7. A vákuumdióda megjelölése az elektromos áramkörön

Nézzük meg közelebbről a vákuumdiódát. A diódáknak két típusa van: egy izzószálas és anódos dióda és egy izzószálas dióda, egy anód és egy katód. Az elsőt közvetlen izzószál diódának, a másodikat indirekt izzószálnak nevezik. A technológiában mind az első, mind a második típust használják, azonban a közvetlen fűtésű diódának van egy olyan hátránya, hogy melegítéskor a menet ellenállása megváltozik, ami a diódán átmenő áram változását vonja maga után. És mivel egyes diódákkal végzett műveletek teljesen állandó áramot igényelnek, célszerűbb a második típusú diódák használata.

Mindkét esetben az izzószál hőmérsékletének kell lennie a hatékony kibocsátás érdekében .

A diódák a váltakozó áramok egyenirányítására szolgálnak. Ha a diódát ipari áramok átalakítására használják, akkor kenotronnak nevezik.

Az elektronkibocsátó elem közelében elhelyezkedő elektródát katódnak (), a másikat anódnak () nevezzük. Nál nél helyes csatlakozás a feszültség növekedésével az áramerősség nő. Fordított kapcsolásnál az áram egyáltalán nem folyik (8. ábra). Ily módon a vákuumdiódák kedvezőbbek a félvezető diódákhoz képest, amelyekben visszakapcsoláskor az áram, bár minimális, jelen van. Ennek a tulajdonságnak köszönhetően vákuumdiódákat használnak a váltakozó áramok egyenirányításához.

Rizs. 8. Vákuumdióda áram-feszültség karakterisztikája

Egy másik, a vákuumban történő áramáramlási folyamatok alapján létrehozott eszköz egy elektromos trióda (9. ábra). Kialakítása eltér a diódáétól egy harmadik elektróda, az úgynevezett rács jelenlétében. Szintén a vákuum áramának elvein alapul egy olyan műszer, mint a katódsugárcső, amely az olyan eszközök fő részét képezi, mint az oszcilloszkóp és a csöves televíziók.

Rizs. 9. Vákuumtrióda diagramja

Mint fentebb említettük, a vákuumban való áramterjedés tulajdonságai alapján egy olyan fontos eszközt terveztek, mint a katódsugárcső. Munkája középpontjában az elektronsugarak tulajdonságait használja. Fontolja meg ennek az eszköznek a felépítését. A katódsugárcső egy hosszabbítóval ellátott vákuumlombikból, egy elektronágyúból, két katódból és két egymásra merőleges elektródapárból áll (10. ábra).

Rizs. 10. A katódsugárcső felépítése

A működés elve a következő: a pisztolyból a termionikus emisszió eredményeként kibocsátott elektronok az anódokon lévő pozitív potenciál miatt felgyorsulnak. Ezután a kívánt feszültséget a vezérlőelektródákra kapcsolva tetszés szerint, vízszintesen és függőlegesen is eltéríthetjük az elektronsugarat. Ezt követően az irányított nyaláb a foszfor képernyőre esik, ami lehetővé teszi, hogy a sugár pályájának képét látjuk rajta.

A katódsugárcsövet egy oszcilloszkópnak nevezett műszerben (11. ábra) használják, amelyet elektromos jelek tanulmányozására terveztek, és a kineoszkópos televíziókban, azzal az egyetlen kivétellel, hogy ott az elektronsugarat mágneses mezők vezérlik.

A következő leckében az elektromos áram folyadékokban való áthaladását elemezzük.

Bibliográfia

Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizika (alapszint) - M .: Mnemosyne, 2012.
Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Fizika 10 évfolyam. – M.: Ileksa, 2005.
Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. Fizika. Elektrodinamika. – M.: 2010.