Elektronski tok v vakuumu. Električni tok v vakuumu

Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec

Študentje, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki uporabljajo bazo znanja pri študiju in delu, vam bodo zelo hvaležni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

ElElektrični tok v vakuumu

1. Katodna cev

Vakuum je stanje plina v posodi, v katerem molekule letijo z ene stene posode na drugo, ne da bi pri tem kdaj trčili druga ob drugo.

Vakuumski izolator, tok v njem lahko nastane le zaradi umetnega vnosa nabitih delcev; za to se uporablja emisija (emisija) elektronov s snovmi. V vakuumskih žarnicah z ogrevanimi katodami pride do termionske emisije, pri fotodiodi pa do fotoelektronske emisije.

Pojasnimo, zakaj ni spontane emisije prostih elektronov s strani kovine. Obstoj takšnih elektronov v kovini je posledica neposredne bližine atomov v kristalu. Vendar so ti elektroni prosti le v tem smislu, da ne pripadajo določenim atomom, ampak ostanejo pripadajoči kristalu kot celoti. Nekateri prosti elektroni, ki so posledica kaotičnega gibanja na površini kovine, odletijo iz nje. Mikro površina kovinske površine, ki je bila prej električno nevtralna, pridobi pozitiven nekompenzirani naboj, pod vplivom katerega se oddani elektroni vrnejo v kovino. Procesi odhoda in vračanja potekajo neprekinjeno, zaradi česar se nad kovinsko površino tvori zamenljiv elektronski oblak, kovinska površina pa tvori dvojno električno plast, proti omejevalnim silam katere je treba izvajati delovno funkcijo. Če se pojavi elektronska emisija, so nekateri zunanji vplivi (ogrevanje, osvetlitev) opravili tako delo

Termionska emisija je lastnost teles, segretih na visoko temperaturo, da oddajajo elektrone.

Katodna cev je steklena bučka, v kateri nastane visok vakuum (10 do -6 stopinj-10 do -7 stopinj mm Hg). Vir elektronov je tanka žična spirala (je tudi katoda). Nasproti katode je anoda v obliki votlega valja, v katero vstopi elektronski žarek po prehodu skozi fokusni valj, ki vsebuje membrano z ozko odprtino. Med katodo in anodo se vzdržuje napetost več kilovoltov. Elektroni, pospešeni z električnim poljem, letijo iz odprtine membrane in odletijo na zaslon iz snovi, ki pod vplivom elektronskih udarcev sveti.

Za krmiljenje elektronskega žarka se uporabljata dva para. kovinske plošče, od katerih je ena navpična, druga pa vodoravna. Če ima leva plošča negativen potencial, desna pa pozitiven, se bo žarek odmaknil v desno, in če se polarnost plošč spremeni, bo žarek odstopal v levo. Če se na te plošče uporabi napetost, bo žarek nihal v vodoravni ravnini. Podobno bo žarek nihal v navpični ravnini, če je na navpično odklonskih ploščah izmenična napetost. Prejšnje plošče so vodoravno odklone.

2. Električni tok v vakuumu

Kaj je vakuum?

To je taka stopnja redčenja plina, pri kateri praktično ni trkov molekul;

Električni tok ni mogoč, ker. možno število ioniziranih molekul ne more zagotoviti električne prevodnosti;

Električni tok lahko ustvarite v vakuumu, če uporabite vir nabitih delcev; cevna vakuumska dioda

Delovanje vira nabitih delcev lahko temelji na fenomenu termoionske emisije.

3. vakuumska dioda

Električni tok v vakuumu je možen v elektronskih ceveh.

Vakuumska cev je naprava, ki uporablja fenomen termoionske emisije.

Vakuumska dioda je elektronska cev z dvema elektrodama (A-anoda in K-katoda).

V stekleni posodi nastane zelo nizek tlak

H - filament, nameščen v katodo, da jo segreje. Površina segrete katode oddaja elektrone. Če je anoda priključena na vir toka +, katoda pa na -, potem vezje teče

stalni termoionski tok. Vakuumska dioda ima enosmerno prevodnost.

tiste. tok v anodi je možen, če je potencial anode višji od katodnega. V tem primeru se elektroni iz elektronskega oblaka pritegnejo na anodo in ustvarijo električni tok v vakuumu.

4. Volt-amperlastnost vakuumske diode

Pri nizkih napetostih na anodi vsi elektroni, ki jih oddaja katoda, ne dosežejo anode in elektrika majhna. Pri visokih napetostih doseže tok nasičenost, t.j. največja vrednost.

Za popravljanje se uporablja vakuumska dioda izmenični tok.

Tok na vhodu diodnega usmernika

Izhodni tok usmernika

5. elektronski žarki

To je tok hitro letečih elektronov v vakuumskih ceveh in napravah za razelektritev v plinu.

Lastnosti elektronskih žarkov:

odstopanje v električnih poljih;

Zavrnjeno v magnetna polja pod vplivom Lorentzove sile;

Ko se žarek, ki pade na snov, upočasni, nastanejo rentgenski žarki;

Povzroča luminiscenco (luminiscenco) nekaterih trdnih in tekoča telesa(fosfor);

Segrejejo snov in padejo nanjo.

6. katodna cev (CRT)

Uporabljeni so fenomeni termoionske emisije in lastnosti elektronskih žarkov.

CRT je sestavljen iz elektronske pištole, vodoravnih in navpičnih odklonskih elektrodnih plošč in zaslona.

V elektronski pištoli elektroni, ki jih oddaja segreta katoda, prehajajo skozi kontrolno mrežno elektrodo in jih pospešujejo anode. Elektronska pištola usmeri elektronski žarek na točko in spremeni svetlost sijaja na zaslonu. Odklonske vodoravne in navpične plošče vam omogočajo, da premaknete elektronski žarek na zaslonu na katero koli točko na zaslonu. Zaslon cevi je prekrit s fosforjem, ki ob bombardiranju z elektroni sveti.

Obstajata dve vrsti cevi:

1) z elektrostatičnim nadzorom elektronskega snopa (odklon elektronskega žarka samo z električnim poljem);

2) z elektromagnetnim krmiljenjem (dodane so magnetne odklonske tuljave).

Glavna uporaba CRT:

kineskopi v televizijski opremi;

računalniški zasloni;

elektronski osciloskopi v merilni tehniki.

Gostuje na Allbest.ru

...

Podobni dokumenti

Vakuum je stanje plina pod atmosferskim tlakom. Pretok elektronov v vakuumu kot nekakšen električni tok. Pojav termoionske emisije, njegova uporaba. Vakuumska dioda (dvoelektroda). Tokovno-napetostna značilnost diode.

povzetek, dodan 24.10.2008

Pojem električnega toka in pogoji za njegov nastanek. Superprevodnost kovin pri nizke temperature. Koncepti elektrolize in elektrolitična disociacija. Električni tok v tekočinah. Faradayev zakon. Lastnosti električnega toka v plinih, vakuum.

predstavitev, dodano 27.01.2014

Koncept električnega toka. Obnašanje toka elektronov v različnih medijih. Načela delovanja vakuumske elektronske cevi. Električni tok v tekočinah, v kovinah, polprevodnikih. Pojem in vrste prevodnosti. Fenomen prehoda elektron-luknja.

predstavitev, dodano 11.05.2014

Osnovni pojmi in posebni odseki elektrodinamike. Pogoji za obstoj električnega toka, izračun njegovega dela in moči. Ohmov zakon za enosmerni in izmenični tok. Volt-amperska značilnost kovin, elektrolitov, plinov in vakuumske diode.

predstavitev, dodano 30.11.2013

Koncept električnega toka kot urejenega gibanja nabitih delcev. Vrste električnih baterij in načini pretvorbe energije. Naprava galvanske celice, značilnosti delovanja baterij. Razvrstitev tokovnih virov in njihova uporaba.

predstavitev, dodano 18.01.2012

Pojem električnega toka, izbira njegove smeri, delovanja in moči. Gibanje delcev v prevodniku, njegove lastnosti. Električni tokokrogi in vrste povezav. Joule-Lenzov zakon o količini toplote, ki jo sprosti prevodnik, Ohmov zakon o jakosti toka v odseku vezja.

predstavitev, dodano 15.05.2009

Nastanek električnega toka, obstoj, gibanje in interakcija nabitih delcev. Teorija pojava elektrike, ko prideta v stik dve različni kovini, ustvarjanje vira električnega toka, preučevanje učinka električnega toka.

predstavitev, dodano 28.01.2011

Toplotni učinek električnega toka. Bistvo Joule-Lenzovega zakona. Koncept rastlinjaka in rastlinjaka. Učinkovitost uporabe grelnikov ventilatorjev in kabelsko ogrevanje toplogredna tla. Toplotni učinek električnega toka v napravi inkubatorjev.

predstavitev, dodano 26.11.2013

Izračun linearnih električnih tokokrogov enosmerni tok, določanje tokov v vseh vejah metod zančnih tokov, nalaganja, zlaganja. Nelinearni električni tokokrogi enosmernega toka. Analiza električnega stanja linearnih izmeničnih tokokrogov.

seminarska naloga, dodana 10.05.2013

Koncept električnega toka. Ohmov zakon za odsek vezja. Značilnosti toka v kovinah, fenomen superprevodnosti. Termionska emisija v vakuumskih diodah. Dielektrične, elektrolitske in polprevodniške tekočine; zakon elektrolize.

Lekcija št. 40-169 Električni tok v plinih. Električni tok v vakuumu.

V normalnih pogojih je plin dielektrik (R), tj. je sestavljen iz nevtralnih atomov in molekul in ne vsebuje prostih nosilcev električnega toka.

Prevodnik plina je ioniziran plin, ima elektronsko-ionsko prevodnost.

Ionizacija plina- to je razpad nevtralnih atomov ali molekul na pozitivne ione in elektrone pod delovanjem ionizatorja (ultravijolično, rentgensko in radioaktivno sevanje; segrevanje)

in je razloženo z razpadom atomov in molekul pri trkih pri velikih hitrostih.

izpust plina- prehod električnega toka skozi plin. Razelektritev v plinu opazimo v plinskih razelektritvah (sijalkah), ko so izpostavljene električnemu ali magnetnemu polju.

Rekombinacija nabitih delcev

Plin preneha biti prevodnik, če se ionizacija ustavi, se to zgodi zaradi rekombinacije (združitev je nasprotna

nabiti delci). Vrste plinskih izpustov: neodvisne in nesamostojne.

Nesamostojen izpust plina- to je izpust, ki obstaja samo pod delovanjem zunanjih ionizatorjev

Plin v cevi je ioniziran, elektrode so napajane

napetost (U) in električni tok se pojavi v cevi (I).

S povečanjem U se moč toka I poveča

Ko vsi nabiti delci, ki nastanejo v sekundi, v tem času dosežejo elektrode (pri določeni napetosti (U *), tok doseže nasičenost (I n). Če se ionizator ustavi, se ustavi tudi razelektritev (I \u003d 0).

Neodvisno odvajanje plina- razelektritev v plinu, ki vztraja po prenehanju delovanja zunanjega ionizatorja zaradi ionov in elektronov zaradi udarne ionizacije (= ionizacija električnega šoka); nastane, ko se potencialna razlika med elektrodama poveča (pride do elektronskega plazu).

Pri določeni vrednosti napetosti (U razčlenitev) ponovno moč toka

poveča. Ionizator ni več potreben za vzdrževanje razelektritve.

Pojavi se elektronska udarna ionizacija.

Nesamozadostna plinska razelektritev se lahko pri vžigu U a = U spremeni v samozadostno plinsko razelektritev.

Razpad električnega plina- prehod nesamostojnega plinskega izpusta v samostojno.

Vrste neodvisnega izpusta plina:

1. tleči - pri nizki tlaki(do nekaj mm Hg) - opazimo v plinsko-svetlobnih ceveh in plinskih laserjih. (dnevne luči)

2. iskra - pri normalnem tlaku (P = P atm) in visoka napetost električno polje E (strela - moč toka do sto tisoč amperov).

3. korona - pri normalnem tlaku v neenakomernem električnem polju (na konici, ognji sv. Elma).

4. lok - nastane med tesno zamaknjenimi elektrodami - visoka gostota toka, nizka napetost med elektrodama, (v reflektorjih, opremi za projekcijsko filmsko opremo, varjenju, živosrebrnih žarnicah)

plazma- to je četrto agregatno stanje snovi z visoko stopnjo ionizacije zaradi trka molekul pri visoki hitrosti pri visoki temperaturi; se pojavlja v naravi: ionosfera je šibko ionizirana plazma, Sonce je popolnoma ionizirana plazma; umetna plazma - v plinskih žarnicah.

Plazma se zgodi: 1. - nizkotemperaturna T< 10 5 К; 2. — высокотемпературная» Т >10 5 K.

Glavne lastnosti plazme:

— visoka električna prevodnost;

— močna interakcija z zunanjimi električnimi in magnetnimi polji.

Pri T \u003d 20∙ 10 3 ÷ 30∙ 10 3 K je vsaka snov plazma. 99 % snovi v vesolju je plazma.

Električni tok v vakuumu.

Vakuum je zelo redek plin, trkov molekul praktično ni, dolžina

prosta pot delcev (razdalja med trki) je večja od velikosti posode

(P "P ~ 10 -13 mm Hg. Art.). Za vakuum je značilna elektronska prevodnost

(tok je gibanje elektronov), upora praktično ni ( R
).

V vakuumu:

- električni tok ni mogoč, ker. možno število ioniziranih molekul ne more zagotoviti električne prevodnosti;

- možno je ustvariti električni tok v vakuumu, če uporabimo vir nabitih delcev;

— delovanje vira nabitih delcev lahko temelji na fenomenu termoionske emisije.

Termionska emisija- pojav uhajanja prostih elektronov s površine segretih teles, emisija elektronov s trdnimi ali tekočimi telesi se pojavi, ko se segrejejo na temperature, ki ustrezajo vidnemu sijaju vroče kovine. Ogrevana kovinska elektroda nenehno oddaja elektrone in tvori elektronski oblak okoli sebe.

V ravnotežnem stanju je število elektronov, ki so zapustili elektrodo, enako številu elektronov, ki so se vrnili nanjo (ker je elektroda ob izgubi elektronov pozitivno nabita). Višja kot je temperatura kovine, večja je gostota elektronskega oblaka. Električni tok v vakuumu je možen v elektronskih ceveh. Vakuumska cev je naprava, ki uporablja fenomen termoionske emisije.

vakuumska dioda.

Vakuumska dioda je elektronska cev z dvema elektrodama (A-anoda in K-katoda). V stekleni posodi se ustvari zelo nizek tlak (10 -6 ÷10 -7 mm Hg), filament je nameščen v katodo, da se segreje. Površina segrete katode oddaja elektrone. Če je anoda priključena

s "+" tokovnega vira in katodo z "-", potem v tokokrogu teče konstanten termični tok. Vakuumska dioda ima enosmerno prevodnost.

tiste. tok v anodi je možen, če je potencial anode višji od katodnega. V tem primeru se elektroni iz elektronskega oblaka pritegnejo na anodo in ustvarijo električni tok v vakuumu.

CVC (napetostna karakteristika) vakuumske diode.

Pri nizkih napetostih na anodi vsi elektroni, ki jih oddaja katoda, ne dosežejo anode, tok pa je majhen. Pri visokih napetostih doseže tok nasičenost, t.j. največja vrednost. Vakuumska dioda je enosmerna prevodna in se uporablja za popravljanje izmeničnega toka.

elektronski žarki je tok hitro letečih elektronov v vakuumskih ceveh in napravah za razelektritev v plinu.

Lastnosti elektronskih žarkov:

— odstopanje v električnih poljih;

- odstopajo v magnetnih poljih pod delovanjem Lorentzove sile;

- rentgensko sevanje nastane, ko se žarek, ki zadene snov, upočasni;

- povzroča luminescenco (luminiscenco) nekaterih trdnih in tekočih teles (fosforjev);

- segrejte snov, ki pade nanjo.

katodna cev (CRT)

— uporabljeni so pojavi termoionske emisije in lastnosti elektronskih žarkov.

Sestava CRT: elektronska pištola, vodoravne in navpične odklonske elektrode in zaslon.

Obstajata dve vrsti cevi:

1. z elektrostatičnim nadzorom elektronskega snopa (odklon elektronskega žarka samo z električnim poljem)

2. z elektromagnetnim krmiljenjem (dodane so magnetne odklonske tuljave).

Glavna uporaba CRT: kineskopi v televizijski opremi; računalniški zasloni; elektronski osciloskopi v merilni tehniki.

Izpitno vprašanje

47. V katerem od naslednjih primerov je opažen pojav termoionske emisije?

A. Ionizacija atomov pod vplivom svetlobe. B. Posledica ionizacije atomov spopadiioni pri visoki temperaturi. B. Emisija elektronov s površine ogrete katode v televizijski cevi. D. Ko električni tok teče skozi raztopino elektrolita.

Praznina - tako je beseda vakuum prevedena iz latinščine. Vakuum je običajno imenovati prostor, v katerem je plin, katerega tlak je stotine in morda tisočkrat nižji od atmosferskega tlaka. Na našem planetu se vakuum ustvari umetno, saj v vivo takšno stanje je nemogoče.

Vrste vakuuma

Kako se električni tok obnaša v vakuumu? Kot vsak tok se tudi vakuumski tok pojavi v prisotnosti vira s prostimi nabitimi delci.

Kateri delci ustvarjajo električni tok v vakuumu? Za ustvarjanje vakuuma v kateri koli zaprti posodi je potrebno iz nje črpati plin. To se najpogosteje izvaja z vakuumska črpalka. To je takšna naprava, ki je potrebna za črpanje plina ali pare do tlaka, potrebnega za poskus.

Obstajajo štiri vrste vakuuma: nizek vakuum, srednji vakuum, visok vakuum in ultra visok vakuum.

riž. 1. Vakuumske lastnosti

Električni tok v vakuumu

Tok v vakuumu ne more obstajati sam, saj je vakuum dielektrik. V tem primeru lahko ustvarite tok z uporabo termoionske emisije. Termionska emisija je pojav, pri katerem se pri segrevanju iz kovin sproščajo elektroni. Takšni elektroni se imenujejo termoelektroni, celotno telo pa je oddajnik.

Ta pojav je prvi opazil ameriški znanstvenik Thomas Edison leta 1879.

riž. 2. Termionska emisija

Emisija je razdeljena na:

sekundarna elektronika (izbijanje s hitrimi elektroni);
termoionski (izhlapevanje elektronov iz vroče katode);
fotoelektronski (svetloba izloči elektrone);
elektronski (izbijanje z močnim poljem).

Elektroni lahko letijo iz kovine, če imajo dovolj kinetične energije. Biti mora večji od delovne funkcije elektronov za dano kovino. Elektroni, ki jih oddaja katoda, tvorijo elektronski oblak. Polovica se jih vrne v prvotni položaj. V ravnotežnem stanju je število oddanih elektronov enako številu vračajočih se elektronov. Gostota elektronskega oblaka je neposredno sorazmerna s temperaturo (tj. ko temperatura narašča, postane gostota oblaka večja).

Ko so elektrode priključene na vir, a električno polje. Če je pozitivni pol tokovnega vira priključen na anodo (hladna elektroda), negativni pol pa na katodo (vroča elektroda), bo moč električnega polja usmerjena na segreto elektrodo.

Uporaba električnega toka v vakuumu

Električni tok v vakuumu se uporablja v različnih elektronskih napravah. Ena takih naprav je vakuumska dioda.

riž. 3. Vakuumska dioda

Sestavljen je iz cilindra, ki vključuje 2 elektrodi - katodo in anodo.

Kaj smo se naučili?

V tem članku smo na kratko spoznali električni tok v vakuumu. Za njegov obstoj v vakuumu je najprej potrebna prisotnost prostih nabitih delcev. Upoštevane so tudi vrste vakuuma in njihove značilnosti. Za študij je potreben koncept termoionske emisije. Podatke lahko uporabite za pripravo poročila in poročila pri pouku fizike.

Električni tok v vakuumu

Ali je mogoče širiti električni tok v vakuumu (iz latinskega vacuum - praznina)? Ker v vakuumu ni prostih nosilcev naboja, je idealen dielektrik. Pojav ionov bi povzročil izginotje vakuuma in nastajanje ioniziranega plina. Toda pojav prostih elektronov bo zagotovil pretok toka skozi vakuum. Kako dobiti proste elektrone v vakuumu? S pomočjo fenomena termoionske emisije - emisija elektronov s snovjo pri segrevanju.

Vakuumska dioda, trioda, katodna cev (v starih televizorjih) so naprave, katerih delovanje temelji na fenomenu termoionske emisije. Osnovno načelo delovanja: prisotnost ognjevzdržnega materiala, skozi katerega teče tok - katoda, hladna elektroda, ki zbira termoelektrone - anoda.

Poln vakuum ni mogoče dobiti z nobeno črpalko. Ne glede na to, koliko izčrpamo svetilko, bodo v njej vedno ostali sledovi plina. Zato v žarnici električni tok, s katerim smo se pravkar srečali, pravzaprav ne prehaja v vakuumu, temveč v zelo redkem plinu.

Sodobne črpalke proizvajajo tako visok vakuum, da molekule, ki ostanejo v odvodni cevi, praktično ne vplivajo na gibanje elektronov, tok pa teče na enak način kot v polnem vakuumu. Vendar v nekaterih primerih žarnica namerno ni evakuirana v tej meri. V takšni svetilki elektroni na svoji poti večkrat trčijo z molekulami plina. Ob udarcu prenesejo del svoje energije na molekule plina. Običajno se ta energija uporablja za segrevanje plina, pod določenimi pogoji pa jo molekule ali atomi plina oddajajo v obliki svetlobe. Takšne svetleče cevi so vidne nad vrati podzemne železnice, na izložbenih oknih in napisih.

Prehod električnega toka v plinu je izjemno zapleten in raznolik pojav. Ena od njegovih oblik je električni lok uporablja se pri električnem varjenju in taljenju kovin.

Temperatura v njem pri atmosferskem tlaku je približno 3700 stopinj. V loku, ki gori v plinu, stisnjenem na 20 atmosfer, temperatura doseže 5900 stopinj, to je do temperature površine Sonca.

Električni lok oddaja svetlobo Bela svetloba zato se uporablja tudi kot močan svetlobni vir v projekcijskih žarnicah in reflektorjih.

Druga oblika električnega razelektritve je razpad plina. Združili bomo dve nasprotno nabiti kovinski kroglici (glej sliko na naslovnici). V tem primeru se električno polje med njima poveča. Končno postane tako velik, da povleče elektrone iz molekul zraka med kroglicami. Zrak je ioniziran. Nastali prosti elektroni in ioni hitijo k kroglicam. Na svoji poti razbijejo nove molekule, ustvarijo nove ione. Zrak za trenutek postane prevoden.

Ko se približajo kroglicam, ioni nevtralizirajo naboje kroglic; polje izgine. Preostali ioni se rekombinirajo v molekule. Zrak je spet izolator.

Vse to se zgodi v delčku sekunde. Okvaro spremljata iskra in razpoka. Iskra je posledica sijaja molekul, ki ga vzbujajo udarci letečih nabojev. Pokanje nastane zaradi širjenja zraka zaradi njegovega segrevanja na poti iskre.

Ta pojav spominja na strelo in grom v malem. Dejansko je strela enaka električna razelektritev, ki se pojavi, ko se dva nasprotno nabita oblaka približata ali med oblakom in Zemljo.

Zdaj ne bomo združili dveh prednapolnjenih kroglic, temveč dve ogljikovi ali kovinski elektrodi, povezani z dovolj močnim generatorjem. Razelektritev, ki nastane med njimi, se ne ustavi, saj zaradi generatorja elektrod ne nevtralizirajo ioni, ki padajo nanje. Namesto zelo kratkotrajnega razpada zraka nastane stabilen električni lok (slika 12), o katerem smo že govorili zgoraj. Visoka temperatura, ki se razvije v loku, vzdržuje ionizirano stanje zraka med elektrodama, prav tako pa ustvarja znatno termoionsko emisijo iz katode.

Preden govorimo o mehanizmu, s katerim se električni tok širi v vakuumu, je treba razumeti, za kakšen medij gre.

Opredelitev. Vakuum je stanje plina, v katerem je prosta pot delca prekomerno velikost plovilo. To je takšno stanje, v katerem molekula ali atom plina leti z ene stene posode na drugo, ne da bi trčila z drugimi molekulami ali atomi. Obstaja tudi koncept globine vakuuma, ki označuje majhno število delcev, ki vedno ostanejo v vakuumu.

Za obstoj električnega toka je potrebna prisotnost prostih nosilcev naboja. Od kod prihajajo v prostoru z zelo nizko vsebnostjo snovi? Za odgovor na to vprašanje je treba upoštevati poskus, ki ga je izvedel ameriški fizik Thomas Edison (slika 1). Med poskusom smo vstavili dve plošči vakuumska komora in zaprt zunaj njega v vezju s priloženim elektrometrom. Po segrevanju ene plošče je elektrometer pokazal odstopanje od nič (slika 2).

Rezultat poskusa je razložen takole: zaradi segrevanja kovina začne oddajati elektrone iz svoje atomske strukture, po analogiji z emisijo molekul vode med izhlapevanjem. Ogrevana kovina obdaja elektronsko jezero. Ta pojav se imenuje termoionska emisija.

riž. 2. Shema Edisonovega eksperimenta

Zelo tehnično pomembnosti ima uporabo tako imenovanih elektronskih žarkov.

Opredelitev. Elektronski žarek je tok elektronov, katerega dolžina je veliko večja od širine. Pridobiti ga je precej enostavno. Dovolj je, da vzamemo vakuumsko cev, skozi katero teče tok, in naredimo luknjo v anodi, kamor gredo razpršeni elektroni (t. i. elektronska puška) (slika 3).

riž. 3. Elektronska pištola

Elektronski žarki imajo številne ključne lastnosti:

Zaradi prisotnosti visoke kinetične energije imajo toplotni učinek na material, v katerega se zaletijo. Ta lastnost se uporablja pri elektronskem varjenju. Elektronsko varjenje je potrebno, ko je pomembno ohranjanje čistosti materialov, na primer pri varjenju polprevodnikov.

Pri trčenju s kovinami, elektronski žarki, ki se upočasnjujejo, oddajajo rentgenske žarke, ki se uporabljajo v medicini in tehnologiji (slika 4).

riž. 4. Slika, posneta z rentgensko sevanje ()

Ko elektronski žarek zadene nekatere snovi, imenovane fosforji, se pojavi sij, ki omogoča ustvarjanje zaslonov, ki pomagajo spremljati gibanje žarka, seveda nevidnega s prostim očesom.

Sposobnost nadzora gibanja žarkov z uporabo električnih in magnetnih polj.

Opozoriti je treba, da temperatura, pri kateri je mogoče doseči termoionsko emisijo, ne sme preseči temperature, pri kateri se uniči kovinska struktura.

Sprva je Edison uporabil naslednjo konstrukcijo za pridobivanje toka v vakuumu. Prevodnik, vključen v vezje, je bil nameščen na eni strani vakuumske cevi, na drugi strani pa je bila nameščena pozitivno nabita elektroda (glej sliko 5):

Zaradi prehoda toka skozi prevodnik se začne segrevati in oddajati elektrone, ki jih privlači pozitivna elektroda. Na koncu pride do usmerjenega gibanja elektronov, ki je pravzaprav električni tok. Vendar je število tako oddanih elektronov premajhno, kar daje premajhen tok za kakršno koli uporabo. To težavo je mogoče premagati z dodajanjem druge elektrode. Takšna elektroda z negativnim potencialom se imenuje indirektna žareča elektroda. Z njegovo uporabo se število premikajočih se elektronov večkrat poveča (slika 6).

riž. 6. Uporaba indirektne žarilne svečke

Treba je opozoriti, da je prevodnost toka v vakuumu enaka kot pri kovinah - elektronska. Čeprav je mehanizem za pojav teh prostih elektronov popolnoma drugačen.

Na podlagi fenomena termoionske emisije je nastala naprava, imenovana vakuumska dioda (slika 7).

riž. 7. Oznaka vakuumske diode na električnem tokokrogu

Oglejmo si pobližje vakuumsko diodo. Obstajata dve vrsti diod: dioda z žarilno nitko in anodo ter dioda z žarilno nitko, anodo in katodo. Prva se imenuje dioda z neposrednim žarkom, druga - indirektna žarilna nitka. V tehnologiji se uporabljata tako prva kot druga vrsta, vendar ima dioda z neposrednim ogrevanjem tako pomanjkljivost, da se pri segrevanju spremeni upor niti, kar povzroči spremembo toka skozi diodo. In ker nekatere operacije z uporabo diod zahtevajo popolnoma stalen tok, je bolj primerno uporabiti drugo vrsto diod.

V obeh primerih mora biti temperatura žarilne nitke za učinkovito emisijo .

Diode se uporabljajo za popravljanje izmeničnih tokov. Če se dioda uporablja za pretvorbo industrijskih tokov, se imenuje kenotron.

Elektroda, ki se nahaja v bližini elementa, ki oddaja elektrone, se imenuje katoda (), druga se imenuje anoda (). Pri pravilna povezava ko se napetost poveča, se tok poveča. Pri obratni povezavi tok sploh ne bo tekel (slika 8). Na ta način se vakuumske diode ugodno primerjajo s polprevodniškimi diodami, pri katerih je ob ponovnem vklopu tok, čeprav minimalen, prisoten. Zaradi te lastnosti se vakuumske diode uporabljajo za popravljanje izmeničnih tokov.

riž. 8. Tokovno-napetostna karakteristika vakuumske diode

Druga naprava, ustvarjena na podlagi procesov tokovnega toka v vakuumu, je električna trioda (slika 9). Njegova zasnova se od diodne razlikuje po prisotnosti tretje elektrode, imenovane mreža. Na principih toka v vakuumu temelji tudi instrument, kot je katodna cev, ki je glavni del takih instrumentov, kot so osciloskop in cevni televizorji.

riž. 9. Shema vakuumske triode

Kot že omenjeno, je bila na podlagi lastnosti širjenja toka v vakuumu zasnovana tako pomembna naprava, kot je katodna cev. V središču svojega dela uporablja lastnosti elektronskih žarkov. Razmislite o strukturi te naprave. Katodna cev je sestavljena iz vakuumske bučke s podaljškom, elektronske pištole, dveh katod in dveh medsebojno pravokotnih para elektrod (slika 10).

riž. 10. Struktura katodne cevi

Načelo delovanja je naslednje: elektroni, ki se oddajajo iz pištole kot posledica termoionske emisije, se pospešijo zaradi pozitivnega potenciala na anodah. Nato lahko z dovajanjem želene napetosti na pare krmilnih elektrod odklonimo elektronski žarek, kot želimo, vodoravno in navpično. Po tem usmerjeni žarek pade na fosforni zaslon, kar nam omogoča, da na njem vidimo sliko poti žarka.

Katodna cev se uporablja v instrumentu, imenovanem osciloskop (slika 11), ki je namenjen preučevanju električnih signalov in v kineskopskih televizorjih, z edino izjemo, da tam elektronske žarke nadzorujejo magnetna polja.

V naslednji lekciji bomo analizirali prehod električnega toka v tekočinah.

Bibliografija

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