Corrente elettronica nel vuoto. Corrente elettrica nel vuoto

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elCorrente elettrica nel vuoto

1. Tubo a raggi catodici

Il vuoto è uno stato di gas in un recipiente in cui le molecole volano da una parete all'altra del recipiente senza mai scontrarsi tra loro.

Un isolante sottovuoto, la corrente al suo interno può sorgere solo a causa dell'introduzione artificiale di particelle cariche; per questo viene utilizzata l'emissione (emissione) di elettroni da parte di sostanze. Nelle lampade a vuoto con catodi riscaldati, si verifica l'emissione termoionica e in un fotodiodo si verifica l'emissione di fotoelettroni.

Spieghiamo perché non vi è alcuna emissione spontanea di elettroni liberi da parte di un metallo. L'esistenza di tali elettroni in un metallo è una conseguenza della stretta vicinanza degli atomi in un cristallo. Tuttavia, questi elettroni sono liberi solo nel senso che non appartengono ad atomi specifici, ma rimangono appartenenti al cristallo nel suo insieme. Alcuni degli elettroni liberi, essendo il risultato di un movimento caotico sulla superficie del metallo, volano fuori da esso. Una microarea della superficie metallica, che in precedenza era elettricamente neutra, acquisisce una carica positiva non compensata, sotto l'influenza della quale gli elettroni emessi ritornano al metallo. I processi partenza-ritorno avvengono continuamente, a seguito dei quali si forma una nuvola di elettroni sostituibili sopra la superficie metallica, e la superficie metallica forma un doppio strato elettrico, contro le forze di confinamento di cui deve essere svolta la funzione di lavoro. Se si verifica l'emissione di elettroni, alcune influenze esterne (riscaldamento, illuminazione) hanno svolto tale lavoro

L'emissione termoionica è la proprietà dei corpi riscaldati ad alta temperatura per emettere elettroni.

Il tubo a raggi catodici è un pallone di vetro in cui viene creato un alto vuoto (da -10 a -6 gradi da -10 a -7 gradi mm Hg). La sorgente di elettroni è una spirale di filo sottile (è anche un catodo). Di fronte al catodo c'è un anodo a forma di cilindro cavo, a cui il fascio di elettroni entra dopo essere passato attraverso un cilindro focalizzatore contenente un diaframma con un'apertura stretta. Tra il catodo e l'anodo viene mantenuta una tensione di diversi kilovolt. Gli elettroni accelerati da un campo elettrico volano fuori dall'apertura del diaframma e volano verso uno schermo fatto di una sostanza che brilla sotto l'azione degli impatti degli elettroni.

Due coppie vengono utilizzate per controllare il fascio di elettroni. lastre di metallo, di cui uno verticale e l'altro orizzontale. Se la sinistra delle piastre ha un potenziale negativo e quella destra ha un potenziale positivo, il raggio devierà a destra e se la polarità delle piastre viene modificata, il raggio devierà a sinistra. Se viene applicata tensione a queste piastre, il raggio oscillerà sul piano orizzontale. Allo stesso modo, il raggio oscillerà sul piano verticale se è presente una tensione alternata sulle piastre devianti verticalmente. Le piastre precedenti sono deflettenti orizzontalmente.

2. Corrente elettrica nel vuoto

Che cos'è un vuoto?

Questo è un tale grado di rarefazione del gas al quale non ci sono praticamente collisioni di molecole;

La corrente elettrica non è possibile, perché. il possibile numero di molecole ionizzate non può fornire conducibilità elettrica;

Puoi creare una corrente elettrica nel vuoto se usi una fonte di particelle cariche; diodo sottovuoto a fascio luminoso

L'azione di una sorgente di particelle cariche può basarsi sul fenomeno dell'emissione termoionica.

3. diodo a vuoto

La corrente elettrica nel vuoto è possibile nei tubi elettronici.

Un tubo a vuoto è un dispositivo che sfrutta il fenomeno dell'emissione termoionica.

Un diodo a vuoto è un tubo elettronico a due elettrodi (anodo A e catodo K).

All'interno del contenitore di vetro si crea una pressione molto bassa

H - filamento posto all'interno del catodo per riscaldarlo. La superficie del catodo riscaldato emette elettroni. Se l'anodo è collegato alla sorgente di corrente + e il catodo a -, il circuito scorre

corrente termoionica costante. Il diodo del vuoto ha una conduzione unidirezionale.

Quelli. la corrente nell'anodo è possibile se il potenziale dell'anodo è superiore al potenziale del catodo. In questo caso, gli elettroni della nuvola di elettroni vengono attratti dall'anodo, creando una corrente elettrica nel vuoto.

4. Volt-amperecaratteristica del diodo sotto vuoto

A basse tensioni all'anodo, non tutti gli elettroni emessi dal catodo raggiungono l'anodo e elettricità piccolo. Ad alte tensioni, la corrente raggiunge la saturazione, cioè valore massimo.

Il diodo a vuoto viene utilizzato per rettificare corrente alternata.

Corrente all'ingresso del raddrizzatore a diodi

Corrente di uscita del raddrizzatore

5. fasci di elettroni

Questo è un flusso di elettroni veloci in tubi a vuoto e dispositivi a scarica di gas.

Proprietà dei fasci di elettroni:

Deviare nei campi elettrici;

Rifiutato campi magnetici sotto l'influenza della forza di Lorentz;

Quando un raggio che cade su una sostanza decelera, vengono prodotti raggi X;

Provoca luminescenza (luminescenza) di alcuni solidi e corpi liquidi(fosfori);

Riscaldano la sostanza, cadendo su di essa.

6. Tubo a raggi catodici (CRT)

Vengono utilizzati i fenomeni di emissione termoionica e le proprietà dei fasci di elettroni.

Il CRT è costituito da un cannone elettronico, piastre di elettrodi deflettori orizzontali e verticali e uno schermo.

Nel cannone elettronico, gli elettroni emessi dal catodo riscaldato passano attraverso l'elettrodo della griglia di controllo e sono accelerati dagli anodi. Il cannone elettronico concentra il fascio di elettroni su un punto e cambia la luminosità del bagliore sullo schermo. La deflessione delle piastre orizzontali e verticali consente di spostare il fascio di elettroni sullo schermo in qualsiasi punto dello schermo. Lo schermo del tubo è ricoperto da un fosforo, che si illumina quando viene bombardato da elettroni.

Esistono due tipi di tubi:

1) con controllo elettrostatico del fascio di elettroni (deviazione del fascio di elettroni solo da parte del campo elettrico);

2) con comando elettromagnetico (vengono aggiunte le bobine di deflessione magnetica).

Applicazione principale di CRT:

cinescopi in apparecchiature televisive;

schermi per computer;

oscilloscopi elettronici nella tecnologia di misura.

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Lezione #40-169 Corrente elettrica nei gas. Corrente elettrica nel vuoto.

In condizioni normali, il gas è un dielettrico (R), cioè. è costituito da atomi e molecole neutri e non contiene portatori di corrente elettrica liberi.

Gas conduttoreè un gas ionizzato, ha conducibilità elettro-ionica.

Ionizzazione del gas- questo è il decadimento di atomi o molecole neutri in ioni ed elettroni positivi sotto l'azione di uno ionizzatore (radiazioni ultraviolette, raggi X e radioattive; riscaldamento)

ed è spiegato dal decadimento di atomi e molecole in collisioni ad alta velocità.

scarico di gas- il passaggio di corrente elettrica attraverso il gas. Una scarica di gas si osserva nei tubi a scarica di gas (lampade) quando esposti a un campo elettrico o magnetico.

Ricombinazione di particelle cariche

Il gas cessa di essere conduttore, se la ionizzazione si interrompe, ciò si verifica a causa della ricombinazione (la riunificazione è opposta a

particelle cariche). Tipologie di scarichi gassosi: indipendenti e non autosufficienti.

Scarico gas non autosufficiente- questa è una scarica che esiste solo sotto l'azione di ionizzatori esterni

Il gas nel tubo è ionizzato, gli elettrodi sono forniti con

tensione (U) e una corrente elettrica appare nel tubo (I).

Con un aumento di U, la forza attuale I aumenta

Quando tutte le particelle cariche formate in un secondo raggiungono gli elettrodi durante questo periodo (ad una certa tensione (U *), la corrente raggiunge la saturazione (I n). Se lo ionizzatore si ferma, si interrompe anche la scarica (I \u003d 0).

Scarico gas indipendente- una scarica in un gas che persiste dopo la cessazione dello ionizzatore esterno a causa di ioni ed elettroni derivanti dalla ionizzazione per impatto (= ionizzazione da shock elettrico); si verifica quando la differenza di potenziale tra gli elettrodi aumenta (si verifica una valanga di elettroni).

A un certo valore di tensione (guasto U), di nuovo la forza attuale

aumenta. Lo ionizzatore non è più necessario per mantenere la scarica.

Si verifica la ionizzazione per impatto elettronico.

Una scarica di gas non autosufficiente può trasformarsi in una scarica di gas autosufficiente all'accensione U a = U.

Guasto gas elettrico- il passaggio da uno scarico gassoso non autosufficiente ad uno autonomo.

Tipologie di scarico indipendente del gas:

1. fumante - a basse pressioni(fino a diversi mm Hg) - osservato in tubi di luce a gas e laser a gas. (lampade diurne)

2. scintilla - a pressione normale (P = P ATM) e alta tensione campo elettrico E (fulmine - corrente fino a centinaia di migliaia di ampere).

3. corona - a pressione normale in un campo elettrico non uniforme (sulla punta, fuochi di Sant'Elmo).

4. arco - si verifica tra elettrodi ravvicinati - alta densità di corrente, bassa tensione tra gli elettrodi (in proiettori, apparecchiature per pellicole di proiezione, saldatura, lampade al mercurio)

Plasma- questo è il quarto stato aggregato della materia con un alto grado di ionizzazione dovuto all'urto di molecole ad alta velocità ad alta temperatura; avviene in natura: la ionosfera è un plasma debolmente ionizzato, il Sole è un plasma completamente ionizzato; plasma artificiale - in lampade a scarica di gas.

Il plasma si verifica: 1. - T a bassa temperatura< 10 5 К; 2. — высокотемпературная» Т >10 5 K.

Le principali proprietà del plasma:

— elevata conducibilità elettrica;

— forte interazione con campi elettrici e magnetici esterni.

A T \u003d 20∙ 10 3 ÷ 30∙ 10 3 K, qualsiasi sostanza è un plasma. Il 99% della materia nell'universo è plasma.

Corrente elettrica nel vuoto.

Il vuoto è un gas altamente rarefatto, non ci sono praticamente collisioni di molecole, la lunghezza

il percorso libero delle particelle (distanza tra le collisioni) è maggiore delle dimensioni della nave

(P "P ~ 10 -13 mm Hg. Art.). Il vuoto è caratterizzato dalla conducibilità elettronica

(la corrente è il movimento degli elettroni), non c'è praticamente resistenza ( R
).

Nel vuoto:

- la corrente elettrica non è possibile, perché. il possibile numero di molecole ionizzate non può fornire conducibilità elettrica;

- è possibile creare una corrente elettrica nel vuoto se si utilizza una sorgente di particelle cariche;

— l'azione di una sorgente di particelle cariche può basarsi sul fenomeno dell'emissione termoionica.

Emissione termoionica- il fenomeno della fuga di elettroni liberi dalla superficie di corpi riscaldati, l'emissione di elettroni da parte di corpi solidi o liquidi si verifica quando vengono riscaldati a temperature corrispondenti al bagliore visibile di un metallo caldo. Un elettrodo metallico riscaldato emette continuamente elettroni, formando una nuvola di elettroni attorno a sé.

Nello stato di equilibrio, il numero di elettroni che hanno lasciato l'elettrodo è uguale al numero di elettroni che vi sono tornati (perché l'elettrodo è caricato positivamente quando gli elettroni vengono persi). Maggiore è la temperatura del metallo, maggiore è la densità della nuvola di elettroni. La corrente elettrica nel vuoto è possibile nei tubi elettronici. Un tubo a vuoto è un dispositivo che sfrutta il fenomeno dell'emissione termoionica.

diodo a vuoto.

Un diodo a vuoto è un tubo elettronico a due elettrodi (anodo A e catodo K). All'interno del contenitore di vetro si crea una pressione molto bassa (10 -6 ÷10 -7 mm Hg), il filamento viene posto all'interno del catodo per riscaldarlo. La superficie del catodo riscaldato emette elettroni. Se l'anodo è collegato

con “+” della sorgente di corrente, e il catodo con “-”, quindi nel circuito scorre una corrente termoionica costante. Il diodo del vuoto ha una conduzione unidirezionale.

CVC (caratteristica di tensione) di un diodo sotto vuoto.

A basse tensioni all'anodo, non tutti gli elettroni emessi dal catodo raggiungono l'anodo e la corrente è piccola. Ad alte tensioni, la corrente raggiunge la saturazione, cioè valore massimo. Il diodo sottovuoto è unidirezionale e viene utilizzato per rettificare la corrente alternata.

fasci di elettroniè un flusso di elettroni veloci in tubi a vuoto e dispositivi a scarica di gas.

Proprietà dei fasci di elettroni:

— deviare nei campi elettrici;

- deviare nei campi magnetici sotto l'azione della forza di Lorentz;

- La radiazione di raggi X viene prodotta quando il raggio che colpisce la sostanza viene decelerato;

- provoca la luminescenza (luminescenza) di alcuni corpi solidi e liquidi (fosfori);

- riscaldare la sostanza, cadendo su di essa.

Tubo a raggi catodici (CRT)

— vengono utilizzati i fenomeni di emissione termoionica e le proprietà dei fasci di elettroni.

La composizione del CRT: un cannone elettronico, piastre di elettrodi deflettori orizzontali e verticali e uno schermo.

Esistono due tipi di tubi:

1. con controllo elettrostatico del fascio di elettroni (deflessione del fascio di elettroni solo per campo elettrico)

2. con comando elettromagnetico (vengono aggiunte le bobine di deflessione magnetica).

Applicazione principale di CRT: cinescopi in apparecchiature televisive; schermi per computer; oscilloscopi elettronici nella tecnologia di misura.

Domanda d'esame

47. In quale dei seguenti casi si osserva il fenomeno dell'emissione termoionica?

A. Ionizzazione di atomi sotto l'influenza della luce. B. Come risultato la ionizzazione degli atomi scontriioni ad alta temperatura. B. Emissione di elettroni dalla superficie di un catodo riscaldato in un tubo televisivo. D. Quando una corrente elettrica passa attraverso una soluzione elettrolitica.

Vuoto: ecco come viene tradotta la parola vuoto dal latino. È consuetudine chiamare vuoto uno spazio in cui è presente un gas la cui pressione è centinaia e forse migliaia di volte inferiore alla pressione atmosferica. Sul nostro pianeta, il vuoto viene creato artificialmente, poiché in vivo un tale stato è impossibile.

Tipi di vuoto

Come si comporta la corrente elettrica nel vuoto? Come ogni corrente, la corrente del vuoto appare in presenza di una sorgente con particelle cariche libere.

Quali particelle creano una corrente elettrica nel vuoto? Per creare un vuoto in qualsiasi recipiente chiuso, è necessario pompare fuori il gas da esso. Questo è più spesso fatto con pompa a vuoto. Questo è un dispositivo del genere necessario per pompare gas o vapore alla pressione richiesta per l'esperimento.

Esistono quattro tipi di vuoto: basso vuoto, medio vuoto, alto vuoto e ultra alto vuoto.

Riso. 1. Caratteristiche del vuoto

Corrente elettrica nel vuoto

La corrente nel vuoto non può esistere da sola, poiché il vuoto è un dielettrico. In questo caso, è possibile creare una corrente utilizzando l'emissione termoionica. L'emissione termoionica è un fenomeno in cui gli elettroni vengono rilasciati dai metalli quando riscaldati. Tali elettroni sono chiamati termoelettroni e l'intero corpo è un emettitore.

Questo fenomeno fu notato per la prima volta dallo scienziato americano Thomas Edison nel 1879.

Riso. 2. Emissione termoionica

L'emissione è suddivisa in:

elettronica secondaria (eliminando da elettroni veloci);
termoionico (evaporazione di elettroni da catodo caldo);
fotoelettronico (gli elettroni vengono eliminati dalla luce);
elettronico (eliminando da un campo forte).

Gli elettroni possono volare fuori dal metallo se hanno abbastanza energia cinetica. Deve essere maggiore della funzione di lavoro degli elettroni per un determinato metallo. Gli elettroni emessi dal catodo formano una nuvola di elettroni. La metà di loro torna alla posizione originale. Nello stato di equilibrio, il numero di elettroni emessi è uguale al numero di quelli di ritorno. La densità della nuvola di elettroni è direttamente proporzionale alla temperatura (cioè, all'aumentare della temperatura, la densità della nuvola diventa maggiore).

Quando gli elettrodi sono collegati alla sorgente, a campo elettrico. Se il polo positivo della sorgente di corrente è collegato all'anodo (elettrodo freddo) e il polo negativo al catodo (elettrodo caldo), l'intensità del campo elettrico sarà diretta all'elettrodo riscaldato.

Applicazione di corrente elettrica nel vuoto

La corrente elettrica nel vuoto viene utilizzata in vari dispositivi elettronici. Uno di questi dispositivi è il diodo a vuoto.

Riso. 3. Diodo sottovuoto

È costituito da un cilindro, che include 2 elettrodi: un catodo e un anodo.

Cosa abbiamo imparato?

Abbiamo brevemente appreso della corrente elettrica nel vuoto in questo articolo. Per la sua esistenza nel vuoto, prima di tutto, è necessaria la presenza di particelle cariche libere. Vengono anche considerati i tipi di vuoto e le loro caratteristiche. Necessario per lo studio è il concetto di emissione termoionica. Le informazioni possono essere utilizzate per preparare un rapporto e un rapporto a una lezione di fisica.

Corrente elettrica nel vuoto

È possibile propagare la corrente elettrica nel vuoto (dal latino vuoto - vuoto)? Poiché non ci sono portatori di carica liberi nel vuoto, è un dielettrico ideale. La comparsa degli ioni porterebbe alla scomparsa del vuoto e alla produzione di un gas ionizzato. Ma la comparsa di elettroni liberi garantirà il flusso di corrente attraverso il vuoto. Come ottenere elettroni liberi nel vuoto? Con l'aiuto del fenomeno dell'emissione termoionica - l'emissione di elettroni da parte di una sostanza quando riscaldata.

Diodo sottovuoto, triodo, tubo catodico (nei vecchi televisori) sono dispositivi il cui funzionamento si basa sul fenomeno dell'emissione termoionica. Il principio base di funzionamento: la presenza di un materiale refrattario attraverso il quale scorre la corrente - il catodo, un elettrodo freddo che raccoglie i termoelettroni - l'anodo.

Pieno vuoto non può essere ottenuto da nessuna pompa. Non importa quanto pompiamo la lampada, le tracce di gas rimarranno sempre al suo interno. Pertanto, in una lampada, la corrente elettrica con cui ci siamo appena incontrati non passa effettivamente nel vuoto, ma in un gas molto rarefatto.

Le pompe moderne danno un vuoto così alto che le molecole che rimangono nel tubo di scarica non hanno praticamente alcun effetto sul movimento degli elettroni e la corrente scorre allo stesso modo del vuoto completo. Tuttavia, in alcuni casi la lampada non viene deliberatamente evacuata in questa misura. In una lampada del genere, gli elettroni si scontrano ripetutamente con le molecole di gas sulla loro strada. All'impatto, trasferiscono parte della loro energia alle molecole di gas. Di solito questa energia viene utilizzata per riscaldare il gas, ma in determinate condizioni le molecole o gli atomi del gas lo emettono sotto forma di luce. Tali tubi luminosi possono essere visti sopra le porte della metropolitana, sulle vetrine e sulle insegne dei negozi.

Il passaggio di corrente elettrica in un gas è un fenomeno estremamente complesso e diversificato. Una delle sue forme è arco elettrico utilizzato nella saldatura elettrica e nella fusione dei metalli.

La temperatura al suo interno a pressione atmosferica è di circa 3700 gradi. In un arco che brucia in un gas compresso a 20 atmosfere, la temperatura raggiunge i 5900 gradi, cioè la temperatura della superficie del Sole.

L'arco elettrico emette un luminoso luce bianca e quindi viene utilizzato anche come potente fonte di luce nelle lampade di proiezione e nei proiettori.

Un'altra forma di scarica elettrica è la rottura del gas. Metteremo insieme due sfere di metallo con carica opposta (vedi immagine in copertina). In questo caso, il campo elettrico tra di loro aumenta. Infine, diventa così grande da attirare gli elettroni dalle molecole d'aria tra le sfere. L'aria è ionizzata. Gli elettroni e gli ioni liberi risultanti si precipitano alle palle. Lungo la loro strada rompono nuove molecole, creano nuovi ioni. L'aria diventa momentaneamente conduttiva.

Avvicinandosi alle palline, gli ioni neutralizzano le cariche delle palline; il campo scompare. Gli ioni rimanenti si ricombinano in molecole. L'aria è di nuovo un isolante.

Tutto questo avviene in una frazione di secondo. Il guasto è accompagnato da una scintilla e uno schiocco. Una scintilla è il risultato del bagliore delle molecole eccitate dagli impatti delle cariche volanti. Il crepitio è causato dall'espansione dell'aria dovuta al suo riscaldamento nel percorso della scintilla.

Questo fenomeno assomiglia a fulmini e tuoni in miniatura. In effetti, il fulmine è la stessa scarica elettrica che si verifica quando due nuvole di carica opposta si avvicinano o tra una nuvola e la Terra.

Ora riuniremo non due sfere precaricate, ma due elettrodi di carbonio o di metallo collegati ad un generatore sufficientemente potente. La scarica che si forma tra di loro non si ferma, poiché grazie al generatore, gli elettrodi non vengono neutralizzati dagli ioni che cadono su di essi. Invece di una rottura dell'aria a brevissimo termine, viene creato un arco elettrico stabile (Fig. 12), di cui abbiamo già discusso sopra. L'elevata temperatura che si sviluppa nell'arco mantiene lo stato ionizzato dell'aria tra gli elettrodi e crea anche una significativa emissione termoionica dal catodo.

Prima di parlare del meccanismo con cui una corrente elettrica si propaga nel vuoto, è necessario capire di che tipo di mezzo si tratta.

Definizione. Il vuoto è lo stato di un gas in cui il percorso libero di una particella sovradimensionato nave. Cioè, un tale stato in cui una molecola o un atomo di gas vola da una parete all'altra del recipiente senza entrare in collisione con altre molecole o atomi. C'è anche il concetto di profondità del vuoto, che caratterizza il piccolo numero di particelle che rimane sempre nel vuoto.

Per l'esistenza di una corrente elettrica è necessaria la presenza di portatori di carica gratuiti. Da dove vengono in una regione dello spazio con un contenuto di materia molto basso? Per rispondere a questa domanda è necessario considerare l'esperimento condotto dal fisico americano Thomas Edison (Fig. 1). Durante l'esperimento sono state inserite due piastre Camera sottovuoto e chiuso al di fuori di esso in un circuito con l'elettrometro incluso. Dopo che una piastra è stata riscaldata, l'elettrometro ha mostrato una deviazione da zero (Fig. 2).

Il risultato dell'esperimento è spiegato come segue: a seguito del riscaldamento, il metallo inizia a emettere elettroni dalla sua struttura atomica, per analogia con l'emissione di molecole d'acqua durante l'evaporazione. Il metallo riscaldato circonda il lago di elettroni. Questo fenomeno è chiamato emissione termoionica.

Riso. 2. Schema dell'esperimento Edison

Molto tecnico importanza utilizza i cosiddetti fasci di elettroni.

Definizione. Un fascio di elettroni è un flusso di elettroni la cui lunghezza è molto maggiore della sua larghezza. Ottenere è abbastanza facile. Basta prendere un tubo a vuoto attraverso il quale passa la corrente e praticare un foro nell'anodo, a cui vanno gli elettroni dispersi (il cosiddetto cannone elettronico) (Fig. 3).

Riso. 3. Pistola elettronica

I fasci di elettroni hanno una serie di proprietà chiave:

A causa della presenza di un'elevata energia cinetica, hanno un effetto termico sul materiale su cui vanno a sbattere. Questa proprietà viene utilizzata nella saldatura elettronica. La saldatura elettronica è necessaria quando è importante mantenere la purezza dei materiali, ad esempio durante la saldatura di semiconduttori.

Quando si scontrano con i metalli, i fasci di elettroni, rallentando, emettono raggi X utilizzati in medicina e tecnologia (Fig. 4).

Riso. 4. Una foto scattata con radiazioni a raggi X ()

Quando un raggio di elettroni colpisce alcune sostanze chiamate fosfori, si verifica un bagliore, che consente di creare schermi che aiutano a monitorare il movimento del raggio, ovviamente invisibile ad occhio nudo.

La capacità di controllare il movimento dei raggi utilizzando campi elettrici e magnetici.

Si noti che la temperatura alla quale si può ottenere l'emissione termoionica non può superare la temperatura alla quale la struttura metallica viene distrutta.

Inizialmente, Edison ha utilizzato la seguente costruzione per ottenere la corrente nel vuoto. Un conduttore incluso nel circuito è stato posizionato su un lato del tubo a vuoto e un elettrodo caricato positivamente sull'altro lato (vedi Fig. 5):

Come risultato del passaggio della corrente attraverso il conduttore, inizia a riscaldarsi, emettendo elettroni che vengono attratti dall'elettrodo positivo. Alla fine, c'è un movimento diretto di elettroni, che, in effetti, è una corrente elettrica. Tuttavia, il numero di elettroni così emessi è troppo piccolo, fornendo troppa poca corrente per qualsiasi uso. Questo problema può essere superato aggiungendo un altro elettrodo. Un tale elettrodo a potenziale negativo è chiamato elettrodo a incandescenza indiretta. Con il suo utilizzo, il numero di elettroni in movimento aumenta molte volte (Fig. 6).

Riso. 6. Utilizzo di una candeletta a incandescenza indiretta

Va notato che la conduttività della corrente nel vuoto è la stessa di quella dei metalli - elettronica. Sebbene il meccanismo per la comparsa di questi elettroni liberi sia completamente diverso.

Sulla base del fenomeno dell'emissione termoionica è stato realizzato un dispositivo chiamato diodo a vuoto (Fig. 7).

Riso. 7. Designazione del diodo del vuoto sul circuito elettrico

Diamo un'occhiata più da vicino al diodo a vuoto. Esistono due tipi di diodi: un diodo con un filamento e un anodo e un diodo con un filamento, un anodo e un catodo. Il primo è chiamato diodo a filamento diretto, il secondo - filamento indiretto. Nella tecnologia vengono utilizzati sia il primo che il secondo tipo, tuttavia il diodo a riscaldamento diretto presenta un tale inconveniente che, una volta riscaldato, la resistenza del filo cambia, il che comporta una variazione della corrente attraverso il diodo. E poiché alcune operazioni che utilizzano diodi richiedono una corrente completamente costante, è più appropriato utilizzare il secondo tipo di diodi.

In entrambi i casi, la temperatura del filamento per un'emissione efficiente deve essere .

I diodi sono usati per rettificare le correnti alternate. Se il diodo viene utilizzato per convertire le correnti industriali, viene chiamato kenotron.

L'elettrodo situato vicino all'elemento che emette elettroni è chiamato catodo (), l'altro è chiamato anodo (). In connessione corretta all'aumentare della tensione, la corrente aumenta. Con il collegamento inverso, la corrente non scorrerà affatto (Fig. 8). In questo modo, i diodi sottovuoto si confrontano favorevolmente con i diodi a semiconduttore, in cui, alla riaccensione, la corrente, sebbene minima, è presente. A causa di questa proprietà, i diodi sottovuoto vengono utilizzati per rettificare le correnti alternate.

Riso. 8. Caratteristica corrente-tensione di un diodo sotto vuoto

Un altro dispositivo creato sulla base dei processi di flusso di corrente nel vuoto è un triodo elettrico (Fig. 9). Il suo design si differenzia da quello del diodo per la presenza di un terzo elettrodo, chiamato griglia. Basato anche sui principi della corrente nel vuoto è uno strumento come un tubo a raggi catodici, che è la parte principale di strumenti come un oscilloscopio e televisori a tubo.

Riso. 9. Schema di un triodo a vuoto

Come accennato in precedenza, sulla base delle proprietà della propagazione della corrente nel vuoto, è stato progettato un dispositivo così importante come un tubo a raggi catodici. Al centro del suo lavoro, usa le proprietà dei fasci di elettroni. Considera la struttura di questo dispositivo. Il tubo catodico è costituito da un pallone da vuoto con un'estensione, un cannone elettronico, due catodi e due coppie di elettrodi reciprocamente perpendicolari (Fig. 10).

Riso. 10. La struttura di un tubo catodico

Il principio di funzionamento è il seguente: gli elettroni emessi dal cannone a seguito dell'emissione termoionica vengono accelerati a causa del potenziale positivo agli anodi. Quindi, applicando la tensione desiderata alle coppie di elettrodi di controllo, possiamo deviare il fascio di elettroni a nostro piacimento, orizzontalmente e verticalmente. Successivamente, il raggio diretto cade sullo schermo al fosforo, che ci consente di vedere l'immagine della traiettoria del raggio su di esso.

Il tubo catodico è utilizzato in uno strumento chiamato oscilloscopio (Fig. 11), progettato per studiare i segnali elettrici, e nei televisori cinescopici, con l'unica eccezione che i fasci di elettroni sono controllati da campi magnetici.

Nella prossima lezione analizzeremo il passaggio della corrente elettrica nei liquidi.

Bibliografia

Tikhomirova SA, Yavorsky BM Fisica (livello base) - M.: Mnemosyne, 2012.
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