Elektronu strāva vakuumā. Elektriskā strāva vakuumā

Nosūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārši. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savās studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

Publicēts http://www.allbest.ru/

ElElektriskā strāva vakuumā

1. Katodstaru lampa

Vakuums ir tāds gāzes stāvoklis traukā, kurā molekulas lido no vienas trauka sienas uz otru, nekad nav piedzīvojušas sadursmes viena ar otru.

Vakuuma izolators, strāva tajā var rasties tikai lādētu daļiņu mākslīgas ievadīšanas dēļ, šim nolūkam tiek izmantota vielu elektronu emisija (emisija). Vakuuma lampās ar apsildāmiem katodiem notiek termiskā emisija, bet fotodiodē - fotoelektronu emisija.

Paskaidrosim, kāpēc metāls nenotiek spontānas brīvo elektronu emisijas. Šādu elektronu esamība metālā ir atomu tuvuma sekas kristālā. Taču šie elektroni ir brīvi tikai tādā nozīmē, ka tie nepieder pie konkrētiem atomiem, bet paliek piederīgi kristālam kopumā. Daļa brīvo elektronu, kas ir haotiskas kustības rezultātā pie metāla virsmas, izlido no tā. Metāla virsmas mikrolaukums, kas iepriekš bija elektriski neitrāls, iegūst pozitīvu nekompensētu lādiņu, kura ietekmē emitētie elektroni atgriežas metālā. Atiešanas-atgriešanās procesi notiek nepārtraukti, kā rezultātā virs metāla virsmas veidojas nomaināms elektronu mākonis, un metāla virsma veido dubultu elektrisko slāni, pret kura ierobežojošajiem spēkiem ir jāveic darba funkcija. Ja notiek elektronu emisija, tad kaut kādas ārējās ietekmes (apkure, apgaismojums) šādu darbu ir veikušas

Termiskā emisija ir līdz augstai temperatūrai uzkarsētu ķermeņu īpašība emitēt elektronus.

Katodstaru caurule ir stikla kolba, kurā tiek izveidots augsts vakuums (10 līdz -6 grādi-10 līdz -7 grādi mm Hg). Elektronu avots ir tieva stieples spirāle (tas ir arī katods). Pretī katodam atrodas anods doba cilindra formā, kurā elektronu stars nonāk pēc tam, kad tas iziet cauri fokusēšanas cilindram, kurā ir diafragma ar šauru apertūru. Starp katodu un anodu tiek uzturēts vairāku kilovoltu spriegums. Elektriskā lauka paātrinātie elektroni izlido no diafragmas atveres un aizlido uz ekrānu, kas izgatavots no vielas, kas elektronu trieciena ietekmē mirdz.

Lai kontrolētu elektronu staru, tiek izmantoti divi pāri. metāla plāksnes, no kuriem viens ir vertikāls un otrs horizontāls. Ja kreisajai no plāksnēm ir negatīvs potenciāls, bet labajā ir pozitīvs potenciāls, tad stars novirzīsies pa labi, un, ja tiek mainīta plākšņu polaritāte, tad stars novirzīsies pa kreisi. Ja šīm plāksnēm tiek pielikts spriegums, tad stars svārstīsies horizontālā plaknē. Līdzīgi stars svārstīsies vertikālā plaknē, ja uz vertikāli novirzošajām plāksnēm ir mainīgs spriegums. Iepriekšējās plāksnes ir horizontāli novirzītas.

2. Elektriskā strāva vakuumā

Kas ir vakuums?

Tā ir tāda gāzu retināšanas pakāpe, kurā praktiski nenotiek molekulu sadursmes;

Elektriskā strāva nav iespējama, jo. iespējamais jonizēto molekulu skaits nevar nodrošināt elektrovadītspēju;

Vakuumā varat izveidot elektrisko strāvu, ja izmantojat lādētu daļiņu avotu; staru caurules vakuuma diode

Lādētu daļiņu avota darbība var būt balstīta uz termiskās emisijas fenomenu.

3. vakuuma diode

Elektronu lampās iespējama elektriskā strāva vakuumā.

Vakuuma caurule ir ierīce, kas izmanto termiskās emisijas fenomenu.

Vakuuma diode ir divu elektrodu (A-anoda un K-katoda) elektronu caurule.

Stikla trauka iekšpusē tiek radīts ļoti zems spiediens

H - kvēldiegs, kas ievietots katoda iekšpusē, lai to uzsildītu. Apsildāmā katoda virsma izstaro elektronus. Ja anods ir pievienots strāvas avotam +, bet katods - -, ķēde plūst

pastāvīga termiskā strāva. Vakuuma diodei ir vienvirziena vadītspēja.

Tie. strāva anodā ir iespējama, ja anoda potenciāls ir lielāks par katoda potenciālu. Šajā gadījumā elektroni no elektronu mākoņa tiek piesaistīti anodam, radot elektrisko strāvu vakuumā.

4. Volts-ampērsVakuuma diodes raksturlielums

Pie zema sprieguma pie anoda ne visi katoda emitētie elektroni sasniedz anodu, un elektrība mazs. Pie augsta sprieguma strāva sasniedz piesātinājumu, t.i. maksimālā vērtība.

Iztaisnošanai tiek izmantota vakuuma diode maiņstrāva.

Strāva pie diodes taisngrieža ieejas

Taisngrieža izejas strāva

5. elektronu stari

Šī ir ātri lidojošu elektronu plūsma vakuuma caurulēs un gāzizlādes ierīcēs.

Elektronu staru īpašības:

Atkāpties elektriskajos laukos;

Noraidīts iekšā magnētiskie lauki Lorenca spēku ietekmē;

Kad uz vielu krītošais stars palēninās, rodas rentgena stari;

Izraisa luminiscenci (luminiscenci) dažu cietu un šķidrie ķermeņi(luminofori);

Viņi silda vielu, nokrītot uz tās.

6. Katodstaru lampa (CRT)

Tiek izmantotas termiskās emisijas parādības un elektronu staru īpašības.

CRT sastāv no elektronu pistoles, horizontālām un vertikālām novirzošām elektrodu plāksnēm un ekrāna.

Elektronu lielgabalā uzkarsētā katoda izstarotie elektroni iziet cauri vadības režģa elektrodam un tos paātrina anodi. Elektronu lielgabals fokusē elektronu staru uz punktu un maina ekrāna spīduma spilgtumu. Novirzītās horizontālās un vertikālās plāksnes ļauj pārvietot elektronu staru uz ekrāna uz jebkuru ekrāna punktu. Caurules ekrāns ir pārklāts ar fosforu, kas spīd, kad tiek bombardēts ar elektroniem.

Ir divu veidu caurules:

1) ar elektronu stara elektrostatisko vadību (elektronu stara novirze tikai no elektriskā lauka);

2) ar elektromagnētisko vadību (pievienotas magnētiskās novirzes spoles).

Galvenais CRT pielietojums:

kineskopi televīzijas iekārtās;

datoru displeji;

elektroniskie osciloskopi mērīšanas tehnoloģijā.

Mitināts vietnē Allbest.ru

...

Līdzīgi dokumenti

Vakuums ir gāzes stāvoklis, kas ir zemāks par atmosfēras spiedienu. Elektronu plūsma vakuumā kā sava veida elektriskā strāva. Termioniskās emisijas parādība, tās pielietojums. Vakuuma diode (divu elektrodu lampa). Diodes strāvas-sprieguma raksturlielums.

abstrakts, pievienots 24.10.2008

Elektriskās strāvas jēdziens un tās rašanās nosacījumi. Metālu supravadītspēja plkst zemas temperatūras. Elektrolīzes jēdzieni un elektrolītiskā disociācija. Elektriskā strāva šķidrumos. Faradeja likums. Elektriskās strāvas īpašības gāzēs, vakuums.

prezentācija, pievienota 27.01.2014

Elektriskās strāvas jēdziens. Elektronu plūsmas uzvedība dažādās vidēs. Vakuuma-elektronu staru lampas darbības principi. Elektriskā strāva šķidrumos, metālos, pusvadītājos. Vadītspējas jēdziens un veidi. Elektronu caurumu pārejas fenomens.

prezentācija, pievienota 05.11.2014

Elektrodinamikas pamatjēdzieni un speciālās sadaļas. Elektriskās strāvas pastāvēšanas nosacījumi, tās darba un jaudas aprēķins. Oma likums līdzstrāvai un maiņstrāvai. Voltu ampēru raksturlielums metāliem, elektrolītiem, gāzēm un vakuuma diodēm.

prezentācija, pievienota 30.11.2013

Elektriskās strāvas jēdziens kā lādētu daļiņu sakārtota kustība. Elektrisko akumulatoru veidi un enerģijas pārveidošanas metodes. Galvaniskā elementa ierīce, akumulatoru darbības iezīmes. Strāvas avotu klasifikācija un to pielietojums.

prezentācija, pievienota 18.01.2012

Elektriskās strāvas jēdziens, tās virziena, darbības un spēka izvēle. Daļiņu kustība vadītājā, tās īpašības. Elektriskās ķēdes un savienojumu veidi. Džoula-Lenca likums par siltuma daudzumu, ko izdala vadītājs, Ohma likums par strāvas stiprumu ķēdes posmā.

prezentācija, pievienota 15.05.2009

Elektriskās strāvas veidošanās, lādētu daļiņu esamība, kustība un mijiedarbība. Teorija par elektrības parādīšanos, saskaroties diviem atšķirīgiem metāliem, elektriskās strāvas avota radīšana, elektriskās strāvas ietekmes izpēte.

prezentācija, pievienota 28.01.2011

Elektriskās strāvas termiskais efekts. Džoula-Lenca likuma būtība. Siltumnīcas un siltumnīcas jēdziens. Ventilatoru sildītāju izmantošanas efektivitāte un kabeļu apkure siltumnīcas augsne. Elektriskās strāvas termiskā iedarbība inkubatoru ierīcē.

prezentācija, pievienota 26.11.2013

Lineāro elektrisko ķēžu aprēķins līdzstrāva, strāvu noteikšana visās cilpas strāvu metožu nozarēs, uzlikšana, locīšana. Līdzstrāvas nelineāras elektriskās ķēdes. Lineāro maiņstrāvas ķēžu elektriskā stāvokļa analīze.

kursa darbs, pievienots 10.05.2013

Elektriskās strāvas jēdziens. Oma likums ķēdes posmam. Strāvas plūsmas īpatnības metālos, supravadītspējas fenomens. Termioniskā emisija vakuuma diodēs. Dielektriski, elektrolītiski un pusvadītāju šķidrumi; elektrolīzes likums.

Nodarbība #40-169 Elektriskā strāva gāzēs. Elektriskā strāva vakuumā.

Normālos apstākļos gāze ir dielektrisks (R), t.i. sastāv no neitrāliem atomiem un molekulām un nesatur brīvus elektriskās strāvas nesējus.

Vadītāja gāze ir jonizēta gāze, tai ir elektronu jonu vadītspēja.

Gāzes jonizācija- tā ir neitrālu atomu vai molekulu sadalīšanās pozitīvos jonos un elektronos jonizatora iedarbībā (ultravioletais, rentgena un radioaktīvais starojums; karsēšana)

un tas ir izskaidrojams ar atomu un molekulu sabrukšanu sadursmēs lielā ātrumā.

gāzes izlāde- elektriskās strāvas pāreja caur gāzi. Gāzes izlāde tiek novērota gāzizlādes caurulēs (lampās), ja tās tiek pakļautas elektriskā vai magnētiskā lauka iedarbībai.

Lādētu daļiņu rekombinācija

Gāze pārstāj būt vadītājs, ja jonizācija apstājas, tas notiek rekombinācijas dēļ (atkalapvienošanās ir pretēja

uzlādētas daļiņas). Gāzu izplūdes veidi: neatkarīga un nepastāvīga.

Pašpietiekama gāzes izlāde- šī ir izlāde, kas pastāv tikai ārējo jonizatoru iedarbībā

Gāze caurulē ir jonizēta, elektrodi tiek piegādāti ar

spriegums (U) un caurulē (I) parādās elektriskā strāva.

Palielinoties U, palielinās strāvas stiprums I

Kad visas sekundes laikā izveidotās uzlādētās daļiņas šajā laikā sasniedz elektrodus (pie noteikta sprieguma (U *), strāva sasniedz piesātinājumu (I n). Ja jonizators apstājas, apstājas arī izlāde (I \u003d 0).

Neatkarīga gāzes izlāde- izlāde gāzē, kas saglabājas pēc ārējā jonizatora darbības pārtraukšanas jonu un elektronu dēļ, kas rodas triecienjonizācijas rezultātā (= elektrošoka jonizācija); rodas, kad palielinās potenciālu starpība starp elektrodiem (notiek elektronu lavīna).

Pie noteiktas sprieguma vērtības (U sadalījums), strāvas stiprums atkal

palielinās. Jonizators vairs nav vajadzīgs, lai uzturētu izlādi.

Notiek elektronu trieciena jonizācija.

Pašpietiekama gāzes izlāde var pārvērsties pašpietiekamā gāzizlāde pie U a = U aizdedzes.

Elektriskā gāzes bojājums- pašpietiekamas gāzes izplūdes pāreja uz neatkarīgu.

Neatkarīgas gāzes izplūdes veidi:

1. gruzdošs - plkst zems spiediens(līdz vairākiem mm Hg) - novērots gāzes gaismas lampās un gāzes lāzeros. (dienas gaismas lampas)

2. dzirkstele - normālā spiedienā (P = P atm) un augsta spriedze elektriskais lauks E (zibens - strāvas stiprums līdz simtiem tūkstošu ampēru).

3. korona - pie normāla spiediena nevienmērīgā elektriskajā laukā (uz gala, Sv. Elmo uguni).

4. loks - rodas starp cieši nobīdītiem elektrodiem - liels strāvas blīvums, zems spriegums starp elektrodiem, (prožektoros, projekcijas filmu iekārtās, metināšanā, dzīvsudraba lampās)

Plazma- tas ir ceturtais vielas agregācijas stāvoklis ar augstu jonizācijas pakāpi molekulu sadursmes dēļ lielā ātrumā augstā temperatūrā; sastopams dabā: jonosfēra ir vāji jonizēta plazma, Saule ir pilnībā jonizēta plazma; mākslīgā plazma - gāzizlādes lampās.

Plazma notiek: 1. - zemas temperatūras T< 10 5 К; 2. — высокотемпературная» Т >10 5 K.

Plazmas galvenās īpašības:

— augsta elektrovadītspēja;

— spēcīga mijiedarbība ar ārējiem elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem.

Pie T \u003d 20∙ 10 3 ÷ 30∙ 10 3 K jebkura viela ir plazma. 99% Visuma matērijas ir plazma.

Elektriskā strāva vakuumā.

Vakuums ir ļoti reta gāze, praktiski nav molekulu sadursmes, garums

daļiņu brīvais ceļš (attālums starp sadursmēm) ir lielāks par kuģa izmēru

(P "P ~ 10 -13 mm Hg. Art.). Vakuumu raksturo elektroniskā vadītspēja

(strāva ir elektronu kustība), pretestības praktiski nav ( R
).

Vakuumā:

- elektriskā strāva nav iespējama, jo. iespējamais jonizēto molekulu skaits nevar nodrošināt elektrovadītspēju;

- ir iespējams izveidot elektrisko strāvu vakuumā, ja tiek izmantots lādētu daļiņu avots;

— lādētu daļiņu avota darbība var būt balstīta uz termoemisijas fenomenu.

Termiskā emisija- brīvo elektronu izplūdes parādība no sakarsētu ķermeņu virsmas, elektronu emisija ar cietiem vai šķidriem ķermeņiem notiek, kad tie tiek uzkarsēti līdz temperatūrai, kas atbilst karsta metāla redzamajam mirdzumam. Uzkarsēts metāla elektrods nepārtraukti izstaro elektronus, veidojot ap sevi elektronu mākoni.

Līdzsvara stāvoklī elektronu skaits, kas atstājis elektrodu, ir vienāds ar elektronu skaitu, kas tajā atgriezušies (jo elektrods ir pozitīvi uzlādēts, kad elektroni tiek zaudēti). Jo augstāka ir metāla temperatūra, jo lielāks ir elektronu mākoņa blīvums. Elektronu lampās iespējama elektriskā strāva vakuumā. Vakuuma caurule ir ierīce, kas izmanto termiskās emisijas fenomenu.

vakuuma diode.

Vakuuma diode ir divu elektrodu (A-anoda un K-katoda) elektronu caurule. Stikla trauka iekšpusē tiek izveidots ļoti zems spiediens (10 -6 ÷10 -7 mm Hg), kvēldiegs tiek ievietots katoda iekšpusē, lai to uzsildītu. Apsildāmā katoda virsma izstaro elektronus. Ja anods ir pievienots

ar strāvas avota “+” un katodu ar “-”, tad ķēdē plūst pastāvīga termiskā strāva. Vakuuma diodei ir vienvirziena vadītspēja.

Vakuuma diodes CVC (sprieguma raksturlielums).

Pie zema sprieguma pie anoda ne visi katoda emitētie elektroni sasniedz anodu, un strāva ir maza. Pie augsta sprieguma strāva sasniedz piesātinājumu, t.i. maksimālā vērtība. Vakuuma diode ir vienvirziena vadoša un tiek izmantota maiņstrāvas iztaisnošanai.

elektronu stari ir ātri lidojošu elektronu plūsma vakuuma lampās un gāzizlādes ierīcēs.

Elektronu staru īpašības:

— novirzīties elektriskajos laukos;

- novirzīties magnētiskajos laukos Lorenca spēka iedarbībā;

- rentgenstaru starojums rodas, kad staru kūlis, kas skar vielu, tiek palēnināts;

- izraisa dažu cietu un šķidru ķermeņu (luminoforu) luminiscenci (luminiscenci);

- uzkarsē vielu, krītot uz tās.

Katodstaru lampa (CRT)

— tiek izmantotas termiskās emisijas parādības un elektronu staru īpašības.

CRT sastāvs: elektronu lielgabals, horizontālās un vertikālās novirzošās elektrodu plāksnes un ekrāns.

Ir divu veidu caurules:

1. ar elektronu stara elektrostatisko vadību (elektronu stara novirze tikai elektriskā lauka ietekmē)

2. ar elektromagnētisko vadību (pievienotas magnētiskās novirzes spoles).

Galvenais CRT pielietojums: kineskopi televīzijas iekārtās; datoru displeji; elektroniskie osciloskopi mērīšanas tehnoloģijā.

Eksāmena jautājums

47. Kurā no šiem gadījumiem tiek novērota termoemisijas parādība?

A. Atomu jonizācija gaismas ietekmē. B. Rezultātā atomu jonizācija sadursmesjoni augstā temperatūrā. B. Elektronu emisija no apsildāma katoda virsmas televīzijas lampā. D. Kad elektriskā strāva iet cauri elektrolīta šķīdumam.

Tukšums – šādi no latīņu valodas tiek tulkots vārds vakuums. Par vakuumu ir ierasts saukt telpu, kurā atrodas gāze, kuras spiediens ir simtiem un varbūt tūkstošiem reižu zemāks par atmosfēras spiedienu. Uz mūsu planētas vakuums tiek radīts mākslīgi, kopš vivo tāds stāvoklis nav iespējams.

Vakuuma veidi

Kā elektriskā strāva darbojas vakuumā? Tāpat kā jebkura strāva, vakuuma strāva parādās avota klātbūtnē ar brīvi uzlādētām daļiņām.

Kādas daļiņas rada elektrisko strāvu vakuumā? Lai izveidotu vakuumu jebkurā slēgtā traukā, ir nepieciešams no tā izsūknēt gāzi. Visbiežāk tas tiek darīts ar vakuuma sūknis. Šī ir tāda ierīce, kas nepieciešama, lai izsūknētu gāzi vai tvaiku līdz eksperimentam nepieciešamajam spiedienam.

Ir četri vakuuma veidi: zems vakuums, vidējs vakuums, augsts vakuums un īpaši augsts vakuums.

Rīsi. 1. Vakuuma specifikācijas

Elektriskā strāva vakuumā

Strāva vakuumā nevar pastāvēt pati par sevi, jo vakuums ir dielektrisks. Šajā gadījumā jūs varat izveidot strāvu, izmantojot termisko emisiju. Termiskā emisija ir parādība, kurā no metāliem karsējot tiek atbrīvoti elektroni. Šādus elektronus sauc par termoelektroniem, un viss ķermenis ir emitētājs.

Šo fenomenu pirmo reizi pamanīja amerikāņu zinātnieks Tomass Edisons 1879. gadā.

Rīsi. 2. Termiskā emisija

Emisija ir sadalīta:

sekundārā elektroniskā (izsit ar ātriem elektroniem);
termiski (elektronu iztvaikošana no karstā katoda);
fotoelektronika (elektronus izsit gaisma);
elektroniski (izsit ar spēcīgu lauku).

Elektroni var izlidot no metāla, ja tiem ir pietiekami daudz kinētiskās enerģijas. Tam jābūt lielākam par elektronu darba funkciju konkrētam metālam. No katoda izstarotie elektroni veido elektronu mākoni. Puse no viņiem atgriežas sākotnējā stāvoklī. Līdzsvara stāvoklī emitēto elektronu skaits ir vienāds ar atgriežošo elektronu skaitu. Elektronu mākoņa blīvums ir tieši proporcionāls temperatūrai (t.i., temperatūrai paaugstinoties, mākoņa blīvums kļūst lielāks).

Kad elektrodi ir pievienoti avotam, a elektriskais lauks. Ja strāvas avota pozitīvais pols ir savienots ar anodu (auksts elektrods), un negatīvais pols ir savienots ar katodu (karsto elektrodu), tad elektriskā lauka stiprums tiks novirzīts uz apsildāmo elektrodu.

Elektriskās strāvas pielietošana vakuumā

Elektrisko strāvu vakuumā izmanto dažādās elektroniskās ierīcēs. Viena no šādām ierīcēm ir vakuuma diode.

Rīsi. 3. Vakuuma diode

Tas sastāv no cilindra, kurā ietilpst 2 elektrodi - katods un anods.

Ko mēs esam iemācījušies?

Šajā rakstā mēs īsi uzzinājām par elektrisko strāvu vakuumā. Tā pastāvēšanai vakuumā, pirmkārt, ir nepieciešama brīvi lādētu daļiņu klātbūtne. Tiek ņemti vērā arī vakuuma veidi un to īpašības. Pētījumam nepieciešams termioniskās emisijas jēdziens. Informāciju var izmantot, lai sagatavotu atskaiti un referātu fizikas stundā.

Elektriskā strāva vakuumā

Vai ir iespējams izplatīt elektrisko strāvu vakuumā (no latīņu valodas vakuums - tukšums)? Tā kā vakuumā nav brīvu lādiņu nesēju, tas ir ideāls dielektrisks. Jonu parādīšanās izraisītu vakuuma izzušanu un jonizētas gāzes veidošanos. Bet brīvo elektronu parādīšanās nodrošinās strāvas plūsmu caur vakuumu. Kā iegūt brīvos elektronus vakuumā? Ar termoemisijas fenomena palīdzību - elektronu emisija no vielas, kad tā tiek karsēta.

Vakuuma diode, triode, katodstaru lampa (vecos televizoros) ir ierīces, kuru darbības pamatā ir termiskās emisijas fenomens. Darbības pamatprincips: ugunsizturīga materiāla klātbūtne, caur kuru plūst strāva - katods, aukstais elektrods, kas savāc termoelektronus - anods.

Pilns vakuums nevar iegūt ne ar vienu sūkni. Neatkarīgi no tā, cik daudz mēs izsūknējam lampu, tajā vienmēr paliks gāzes pēdas. Tāpēc lampā elektriskā strāva, ar kuru mēs tikko tikāmies, faktiski neiziet vakuumā, bet gan ļoti retinātā gāzē.

Mūsdienu sūkņi rada tik lielu vakuumu, ka izlādes caurulē palikušās molekulas praktiski neietekmē elektronu kustību, un strāva plūst tāpat kā pilnā vakuumā. Tomēr dažos gadījumos lampa netiek apzināti evakuēta tik lielā mērā. Šādā lampā elektroni savā ceļā atkārtoti saduras ar gāzes molekulām. Triecienā viņi daļu savas enerģijas nodod gāzes molekulām. Parasti šo enerģiju izmanto gāzes sildīšanai, bet noteiktos apstākļos gāzes molekulas vai atomi to izstaro gaismas veidā. Šādas gaismas caurules var redzēt virs metro durvīm, uz skatlogiem un veikalu izkārtnēm.

Elektriskās strāvas pāreja gāzē ir ārkārtīgi sarežģīta un daudzveidīga parādība. Viena no tās formām ir elektriskā loka izmanto metālu elektriskajā metināšanā un kausēšanā.

Temperatūra tajā pie atmosfēras spiediena ir aptuveni 3700 grādi. Lokā, kas deg līdz 20 atmosfēru saspiestā gāzē, temperatūra sasniedz 5900 grādus, tas ir, līdz Saules virsmas temperatūrai.

Elektriskā loka izstaro spilgtu balta gaisma un tāpēc to izmanto arī kā jaudīgu gaismas avotu projekcijas lampās un prožektoros.

Vēl viens elektriskās izlādes veids ir gāzes sadalījums. Saliksim kopā divas pretēji uzlādētas metāla lodītes (skat. attēlu uz vāka). Šajā gadījumā elektriskais lauks starp tiem palielinās. Visbeidzot, tas kļūst tik liels, ka izvelk elektronus no gaisa molekulām starp bumbiņām. Gaiss ir jonizēts. Iegūtie brīvie elektroni un joni steidzas uz bumbiņām. Savā ceļā viņi sadala jaunas molekulas, rada jaunus jonus. Gaiss uz brīdi kļūst vadošs.

Tuvojoties bumbiņām, joni neitralizē lodīšu lādiņus; lauks pazūd. Atlikušie joni rekombinējas molekulās. Gaiss atkal ir izolators.

Tas viss notiek sekundes daļā. Bojājumu pavada dzirkstele un plaisa. Dzirkstele ir molekulu mirdzuma rezultāts, ko ierosina lidojošu lādiņu ietekme. Sprakšķēšanu izraisa gaisa izplešanās, ko izraisa tā sasilšana dzirksteles ceļā.

Šī parādība miniatūrā atgādina zibeni un pērkonu. Patiešām, zibens ir tāda pati elektriskā izlāde, kas rodas, kad divi pretēji uzlādēti mākoņi tuvojas vai starp mākoni un Zemi.

Tagad saliksim kopā nevis divas iepriekš uzlādētas bumbiņas, bet divus oglekļa vai metāla elektrodus, kas savienoti ar pietiekami jaudīgu ģeneratoru. Izlāde, kas rodas starp tām, neapstājas, jo, pateicoties ģeneratoram, elektrodus neitralizē uz tiem krītošie joni. Ļoti īslaicīga gaisa sadalīšanās vietā tiek izveidots stabils elektriskais loks (12. att.), par ko mēs jau runājām iepriekš. Augstā temperatūra, kas attīstās lokā, uztur gaisa jonizēto stāvokli starp elektrodiem, kā arī rada ievērojamu termoizstarojumu no katoda.

Pirms runāt par mehānismu, ar kuru elektriskā strāva izplatās vakuumā, ir jāsaprot, kāda veida vide tā ir.

Definīcija. Vakuums ir gāzes stāvoklis, kurā daļiņas brīvais ceļš pāri izmēram kuģis. Tas ir, tāds stāvoklis, kurā gāzes molekula vai atoms lido no vienas trauka sienas uz otru, nesaduroties ar citām molekulām vai atomiem. Ir arī vakuuma dziļuma jēdziens, kas raksturo nelielo daļiņu skaitu, kas vienmēr paliek vakuumā.

Elektriskās strāvas pastāvēšanai ir nepieciešama brīvo lādiņnesēju klātbūtne. No kurienes tie nāk kosmosa reģionā ar ļoti zemu matērijas saturu? Lai atbildētu uz šo jautājumu, jāņem vērā amerikāņu fiziķa Tomasa Edisona veiktais eksperiments (1. att.). Eksperimenta laikā tika ievietotas divas plāksnes vakuuma kamera un slēgta ārpus tā ķēdē ar komplektā iekļauto elektrometru. Pēc vienas plāksnes uzsildīšanas elektrometrs uzrādīja novirzi no nulles (2. att.).

Eksperimenta rezultāts tiek skaidrots šādi: karsēšanas rezultātā metāls sāk emitēt elektronus no savas atomu struktūras, pēc analoģijas ar ūdens molekulu emisiju iztvaikošanas laikā. Apsildāmais metāls ieskauj elektronu ezeru. Šo parādību sauc par termisko emisiju.

Rīsi. 2. Edisona eksperimenta shēma

Ļoti tehnisks nozīmi izmanto tā sauktos elektronu starus.

Definīcija. Elektronu stars ir elektronu plūsma, kuras garums ir daudz lielāks par tās platumu. To iegūt ir diezgan viegli. Pietiek paņemt vakuuma cauruli, caur kuru iet strāva, un izveidot anodā caurumu, uz kuru aiziet izkliedētie elektroni (tā sauktais elektronu lielgabals) (3. att.).

Rīsi. 3. Elektronu lielgabals

Elektronu stariem ir vairākas galvenās īpašības:

Augstas kinētiskās enerģijas klātbūtnes rezultātā tiem ir termiska ietekme uz materiālu, kurā tie ietriecas. Šo īpašību izmanto elektroniskajā metināšanā. Elektroniskā metināšana ir nepieciešama, ja svarīga ir materiālu tīrības saglabāšana, piemēram, metinot pusvadītājus.

Saduroties ar metāliem, elektronu stari, palēninot, izstaro medicīnā un tehnikā izmantojamos rentgenstarus (4. att.).

Rīsi. 4. Attēls, kas uzņemts ar rentgena starojums ()

Kad elektronu stars saskaras ar dažām vielām, ko sauc par fosforiem, rodas spīdums, kas ļauj izveidot ekrānus, kas palīdz uzraudzīt stara kustību, protams, neredzamu ar neapbruņotu aci.

Spēja kontrolēt staru kustību, izmantojot elektriskos un magnētiskos laukus.

Jāņem vērā, ka temperatūra, pie kuras var sasniegt termisko emisiju, nedrīkst pārsniegt temperatūru, kurā tiek iznīcināta metāla konstrukcija.

Sākumā Edisons izmantoja šādu konstrukciju, lai iegūtu strāvu vakuumā. Vakuuma caurules vienā pusē tika novietots ķēdē iekļautais vadītājs, bet otrā pusē - pozitīvi uzlādēts elektrods (skat. 5. att.):

Strāvas pārejas rezultātā caur vadītāju tas sāk uzkarst, izdalot elektronus, kas tiek piesaistīti pozitīvajam elektrodam. Galu galā notiek virzīta elektronu kustība, kas patiesībā ir elektriskā strāva. Tomēr šādi emitēto elektronu skaits ir pārāk mazs, nodrošinot pārāk mazu strāvu jebkurai lietošanai. Šo problēmu var novērst, pievienojot citu elektrodu. Šādu negatīva potenciāla elektrodu sauc par netiešo kvēlspuldžu elektrodu. Izmantojot to, kustīgo elektronu skaits daudzkārt palielinās (6. att.).

Rīsi. 6. Izmantojot netiešo kvēlsveci

Jāņem vērā, ka strāvas vadītspēja vakuumā ir tāda pati kā metāliem – elektroniska. Lai gan šo brīvo elektronu parādīšanās mehānisms ir pilnīgi atšķirīgs.

Pamatojoties uz termoizstarošanas fenomenu, tika izveidota ierīce, ko sauc par vakuuma diodi (7. att.).

Rīsi. 7. Vakuuma diodes apzīmējums uz elektriskās ķēdes

Sīkāk apskatīsim vakuuma diodi. Ir divu veidu diodes: diode ar kvēldiegu un anodu un diode ar kvēldiegu, anods un katods. Pirmo sauc par tiešo kvēldiega diodi, otro - netiešo kvēldiegu. Tehnoloģijā tiek izmantots gan pirmais, gan otrais tips, tomēr tiešā apsildāmajai diodei ir tāds trūkums, ka, sildot, mainās vītnes pretestība, kas izraisa strāvas izmaiņas caur diodi. Un tā kā dažām darbībām, izmantojot diodes, ir nepieciešama pilnīgi nemainīga strāva, lietderīgāk ir izmantot otrā veida diodes.

Abos gadījumos efektīvai emisijai ir jābūt kvēldiega temperatūrai .

Diodes tiek izmantotas maiņstrāvas iztaisnošanai. Ja diode tiek izmantota rūpniecisko strāvu pārveidošanai, tad to sauc par kenotronu.

Elektrodu, kas atrodas netālu no elektronu izstarojošā elementa, sauc par katodu (), otru sauc par anodu (). Plkst pareizs savienojums pieaugot spriegumam, palielinās strāva. Ar reverso savienojumu strāva vispār neplūst (8. att.). Tādā veidā vakuuma diodes ir labvēlīgas salīdzinājumā ar pusvadītāju diodēm, kurās, atkal ieslēdzot, strāva ir minimāla. Pateicoties šai īpašībai, maiņstrāvas iztaisnošanai tiek izmantotas vakuuma diodes.

Rīsi. 8. Vakuuma diodes strāvas-sprieguma raksturlielums

Vēl viena ierīce, kas izveidota, pamatojoties uz strāvas plūsmas procesiem vakuumā, ir elektriskā triode (9. att.). Tās dizains atšķiras no diodes ar trešā elektroda klātbūtni, ko sauc par režģi. Pamatojoties uz strāvas principiem vakuumā, ir arī tāds instruments kā katodstaru lampa, kas veido galveno daļu no tādiem instrumentiem kā osciloskops un lampu televizori.

Rīsi. 9. Vakuuma triodes diagramma

Kā minēts iepriekš, pamatojoties uz strāvas izplatīšanās īpašībām vakuumā, tika izstrādāta tik svarīga ierīce kā katodstaru lampa. Sava darba pamatā viņa izmanto elektronu staru īpašības. Apsveriet šīs ierīces struktūru. Katodstaru lampa sastāv no vakuuma kolbas ar pagarinājumu, elektronu pistoles, diviem katodiem un diviem savstarpēji perpendikulāriem elektrodu pāriem (10. att.).

Rīsi. 10. Katodstaru lampas uzbūve

Darbības princips ir šāds: elektroni, kas izplūst no pistoles termiskās emisijas rezultātā, tiek paātrināti, pateicoties pozitīvajam potenciālam pie anodiem. Tad, pieliekot vajadzīgo spriegumu vadības elektrodu pāriem, mēs varam novirzīt elektronu staru, kā mums patīk, horizontāli un vertikāli. Pēc tam virzītais stars nokrīt uz fosfora ekrāna, kas ļauj mums redzēt uz tā stara trajektorijas attēlu.

Katodstaru lampu izmanto instrumentā, ko sauc par osciloskopu (11. att.), kas paredzēts elektrisko signālu pētīšanai, un kineskopiskajos televizoros, ar vienīgo izņēmumu, ka tur elektronu starus kontrolē magnētiskie lauki.

Nākamajā nodarbībā mēs analizēsim elektriskās strāvas pāreju šķidrumos.

Bibliogrāfija

Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizika (pamata līmenis) - M .: Mnemosyne, 2012.
Gendenšteins L.E., Diks Ju.I. Fizikas 10 klase. – M.: Ileksa, 2005.
Mjakiševs G.J., Sinjakovs A.Z., Slobodskovs B.A. Fizika. Elektrodinamika. – M.: 2010. gads.