Elektronström i vakuum. Elektrisk ström i vakuum

Skicka ditt goda arbete i kunskapsbasen är enkelt. Använd formuläret nedan

Studenter, doktorander, unga forskare som använder kunskapsbasen i sina studier och arbete kommer att vara er mycket tacksamma.

Postat på http://www.allbest.ru/

ElElektrisk ström i vakuum

1. Katodstrålerör

Vakuum är ett tillstånd av gas i ett kärl där molekylerna flyger från en vägg av kärlet till en annan utan att någonsin kollidera med varandra.

En vakuumisolator, strömmen i den kan bara uppstå på grund av den artificiella introduktionen av laddade partiklar; för detta används emission (emission) av elektroner från ämnen. I vakuumlampor med uppvärmda katoder sker termionisk emission och i en fotodiod sker fotoelektronemission.

Låt oss förklara varför det inte sker någon spontan emission av fria elektroner från en metall. Förekomsten av sådana elektroner i en metall är en konsekvens av närheten till atomer i en kristall. Dessa elektroner är dock fria endast i den meningen att de inte tillhör specifika atomer, utan förblir tillhörande kristallen som helhet. Några av de fria elektronerna, som är ett resultat av kaotiska rörelser vid metallens yta, flyger ut ur den. Ett mikroområde av metallytan, som tidigare var elektriskt neutral, får en positiv okompenserad laddning, under vilken inverkan de emitterade elektronerna återgår till metallen. Departure-retur-processerna sker kontinuerligt, vilket gör att ett utbytbart elektronmoln bildas ovanför metallytan, och metallytan bildar ett dubbelt elektriskt skikt, mot vars begränsande krafter arbetsfunktionen måste utföras. Om elektronemission inträffar har vissa yttre påverkan (uppvärmning, belysning) gjort sådant arbete

Termionisk emission är egenskapen hos kroppar som värms upp till en hög temperatur för att avge elektroner.

Katodstråleröret är en glaskolv i vilken ett högt vakuum skapas (10 till -6 grader-10 till -7 grader mm Hg). Källan till elektroner är en tunn trådspiral (det är också en katod). Mitt emot katoden finns en anod i form av en ihålig cylinder, till vilken elektronstrålen kommer in efter att ha passerat genom en fokuseringscylinder innehållande ett membran med en smal öppning. En spänning på flera kilovolt upprätthålls mellan katoden och anoden. Elektroner som accelereras av ett elektriskt fält flyger ut ur diafragmans öppning och flyger till en skärm gjord av ett ämne som lyser under inverkan av elektronstötar.

Två par används för att styra elektronstrålen. metallplattor, varav den ena är vertikal och den andra horisontell. Om vänster på plattorna har en negativ potential, och den högra har en positiv potential, kommer strålen att avvika åt höger, och om plattornas polaritet ändras, kommer strålen att avvika åt vänster. Om spänning appliceras på dessa plattor kommer strålen att svänga i horisontalplanet. På liknande sätt kommer strålen att svänga i vertikalplanet om det finns en växelspänning på de vertikalt avböjande plattorna. De tidigare plattorna är horisontellt avböjande.

2. Elektrisk ström i vakuum

Vad är ett vakuum?

Detta är en sådan grad av gasutsläpp där det praktiskt taget inte förekommer några kollisioner av molekyler;

Elektrisk ström är inte möjlig, eftersom. det möjliga antalet joniserade molekyler kan inte ge elektrisk ledningsförmåga;

Du kan skapa en elektrisk ström i vakuum om du använder en källa till laddade partiklar; strålrörsvakuumdiod

Verkan av en källa av laddade partiklar kan baseras på fenomenet termionisk emission.

3. vakuumdiod

Elektrisk ström i vakuum är möjlig i elektronrör.

Ett vakuumrör är en anordning som använder fenomenet termionisk emission.

En vakuumdiod är ett elektronrör med två elektroder (A-anod och K-katod).

Mycket lågt tryck skapas inuti glasbehållaren

H - filament placerat inuti katoden för att värma den. Ytan på den uppvärmda katoden avger elektroner. Om anoden är ansluten till + strömkällan, och katoden till -, så flyter kretsen

konstant termionström. Vakuumdioden har envägsledning.

De där. ström i anoden är möjlig om anodpotentialen är högre än katodpotentialen. I det här fallet attraheras elektronerna från elektronmolnet till anoden, vilket skapar en elektrisk ström i ett vakuum.

4. Volt-amperevakuumdiodkarakteristik

Vid låga spänningar vid anoden når inte alla elektroner som emitteras av katoden anoden, och elektricitet små. Vid höga spänningar når strömmen mättnad, d.v.s. maximalt värde.

Vakuumdiod används för att korrigera växelström.

Ström vid ingången till diodlikriktaren

Likriktarens utström

5. elektronstrålar

Detta är en ström av snabbt flygande elektroner i vakuumrör och gasurladdningsanordningar.

Egenskaper för elektronstrålar:

Avvika i elektriska fält;

Avvisades i magnetiska fält under inflytande av Lorentz-styrkan;

När en stråle som faller på ett ämne bromsar in, produceras röntgenstrålar;

Orsakar luminescens (luminescens) av vissa fasta och flytande kroppar(fosforer);

De värmer ämnet och faller på det.

6. Katodstrålerör (CRT)

Fenomen av termionisk emission och egenskaper hos elektronstrålar används.

CRT består av en elektronkanon, horisontella och vertikala avböjande elektrodplattor och en skärm.

I elektronkanonen passerar elektronerna som emitteras av den uppvärmda katoden genom kontrollgallerelektroden och accelereras av anoderna. Elektronpistolen fokuserar elektronstrålen till en punkt och ändrar ljusstyrkan på glöden på skärmen. Avböjande horisontella och vertikala plattor gör att du kan flytta elektronstrålen på skärmen till vilken punkt som helst på skärmen. Rörets skärm är täckt med en fosfor, som lyser när den bombarderas med elektroner.

Det finns två typer av rör:

1) med elektrostatisk styrning av elektronstrålen (avvikelse av elektronstrålen endast av det elektriska fältet);

2) med elektromagnetisk styrning (magnetiska avböjningsspolar tillkommer).

Huvudapplikation för CRT:

kineskop i tv-utrustning;

datorskärmar;

elektroniska oscilloskop inom mätteknik.

Hosted på Allbest.ru

...

Liknande dokument

Vakuum är tillståndet för en gas vid lägre än atmosfärstryck. Flödet av elektroner i vakuum som en slags elektrisk ström. Fenomenet termionisk emission, dess tillämpning. Vakuumdiod (lampa med två elektroder). Ström-spänningskarakteristik för dioden.

abstrakt, tillagt 2008-10-24

Begreppet elektrisk ström och förutsättningarna för dess förekomst. Superledningsförmågan hos metaller vid låga temperaturer. Begreppen elektrolys och elektrolytisk dissociation. Elektrisk ström i vätskor. Faradays lag. Egenskaper för elektrisk ström i gaser, vakuum.

presentation, tillagd 2014-01-27

Begreppet elektrisk ström. Elektronflödets beteende i olika medier. Funktionsprinciper för ett vakuumelektronstrålerör. Elektrisk ström i vätskor, i metaller, halvledare. Konceptet och typerna av konduktivitet. Fenomenet elektron-hålövergång.

presentation, tillagd 2014-11-05

Grundläggande begrepp och specialavsnitt inom elektrodynamiken. Villkor för förekomsten av elektrisk ström, beräkning av dess arbete och effekt. Ohms lag för lik- och växelström. Volt-ampere karakteristisk för metaller, elektrolyter, gaser och vakuumdioder.

presentation, tillagd 2013-11-30

Begreppet elektrisk ström som en ordnad rörelse av laddade partiklar. Typer av elektriska batterier och metoder för energiomvandling. Enheten för en galvanisk cell, funktioner för driften av batterier. Klassificering av aktuella källor och deras tillämpning.

presentation, tillagd 2012-01-18

Begreppet elektrisk ström, valet av dess riktning, verkan och styrka. Rörelse av partiklar i en ledare, dess egenskaper. Elektriska kretsar och typer av anslutningar. Joule-Lenz-lagen om mängden värme som frigörs av ledaren, Ohms lag om strömstyrkan i kretssektionen.

presentation, tillagd 2009-05-15

Bildandet av en elektrisk ström, existensen, rörelsen och interaktionen av laddade partiklar. Teorin om elektricitets utseende när två olika metaller kommer i kontakt, skapandet av en elektrisk strömkälla, studien av effekten av elektrisk ström.

presentation, tillagd 2011-01-28

Termisk effekt av elektrisk ström. Kärnan i Joule-Lenz-lagen. Konceptet med ett växthus och ett växthus. Effektivitet av att använda värmefläktar och kabelvärme växthusjord. Termisk effekt av elektrisk ström i enheten av inkubatorer.

presentation, tillagd 2013-11-26

Beräkning av linjära elektriska kretsar likström, bestämning av strömmar i alla grenar av metoderna för slingströmmar, påläggning, vikning. Icke-linjära elektriska kretsar av likström. Analys av det elektriska tillståndet för linjära AC-kretsar.

terminsuppsats, tillagd 2013-10-05

Begreppet elektrisk ström. Ohms lag för en kretssektion. Funktioner av strömflöde i metaller, fenomenet supraledning. Termionisk emission i vakuumdioder. Dielektriska, elektrolytiska och halvledarvätskor; elektrolyslagen.

Lektion #40-169 Elektrisk ström i gaser. Elektrisk ström i vakuum.

Under normala förhållanden är gas ett dielektrikum (R), dvs. består av neutrala atomer och molekyler och innehåller inte fria elektriska strömbärare.

Ledargasär en joniserad gas, den har elektronjonisk ledningsförmåga.

Gasjonisering- detta är sönderfallet av neutrala atomer eller molekyler till positiva joner och elektroner under inverkan av en jonisator (ultraviolett, röntgen och radioaktiv strålning; uppvärmning)

och förklaras av sönderfallet av atomer och molekyler vid kollisioner i höga hastigheter.

gasutsläpp- passage av elektrisk ström genom gasen. En gasurladdning observeras i gasurladdningsrör (lampor) när de utsätts för ett elektriskt eller magnetiskt fält.

Rekombination av laddade partiklar

Gasen upphör att vara en ledare, om joniseringen upphör sker detta på grund av rekombination (återförening är motsatsen till

laddade partiklar). Typer av gasutsläpp: oberoende och icke-självförsörjande.

Icke-självförsörjande gasutsläpp- detta är en urladdning som endast existerar under verkan av externa jonisatorer

Gasen i röret joniseras, elektroderna förses med

spänning (U) och en elektrisk ström uppträder i röret (I).

Med en ökning av U ökar strömstyrkan I

När alla laddade partiklar som bildas i en andra når elektroderna under denna tid (vid en viss spänning (U *), når strömmen mättnad (I n). Om jonisatorn slutar stoppas också urladdningen (I \u003d 0).

Oberoende gasutsläpp- en urladdning i en gas som kvarstår efter att den externa jonisatorn har avslutats på grund av joner och elektroner som härrör från stötjonisering (= elektrisk stötjonisering); uppstår när potentialskillnaden mellan elektroderna ökar (en elektronlavin uppstår).

Vid ett visst spänningsvärde (U-nedbrytning), strömstyrkan igen

ökar. Jonisatorn behövs inte längre för att upprätthålla urladdningen.

Elektronstötjonisering sker.

Ett icke-självförsörjande gasutsläpp kan förvandlas till ett självförsörjande gasutsläpp vid U a = U-tändning.

Elektrisk gas haveri- övergången av ett icke-självförsörjande gasutsläpp till ett oberoende.

Typer av oberoende gasutsläpp:

1. pyrande - kl låga tryck(upp till flera mm Hg) - observeras i gasljusrör och gaslasrar. (dagsljuslampor)

2. gnista - vid normalt tryck (P = P atm) och hög spänning elektriskt fält E (blixt - strömstyrka upp till hundratusentals ampere).

3. corona - vid normalt tryck i ett ojämnt elektriskt fält (på spetsen, St. Elmo's bränder).

4. båge - uppstår mellan tätt förskjutna elektroder - hög strömtäthet, låg spänning mellan elektroderna, (i spotlights, projektionsfilmutrustning, svetsning, kvicksilverlampor)

Plasma- detta är det fjärde tillståndet av aggregation av ett ämne med en hög grad av jonisering på grund av kollision av molekyler vid hög hastighet vid hög temperatur; förekommer i naturen: jonosfären är en svagt joniserad plasma, solen är en helt joniserad plasma; konstgjord plasma - i gasurladdningslampor.

Plasma inträffar: 1. - låg temperatur T< 10 5 К; 2. — высокотемпературная» Т >10 5 K.

De viktigaste egenskaperna hos plasma:

— hög elektrisk ledningsförmåga;

— Stark interaktion med externa elektriska och magnetiska fält.

Vid T \u003d 20∙ 10 3 ÷ 30∙ 10 3 K är vilken substans som helst en plasma. 99% av materien i universum är plasma.

Elektrisk ström i vakuum.

Vakuum är en mycket förtätad gas, det finns praktiskt taget inga kollisioner av molekyler, längden

fri väg för partiklar (avståndet mellan kollisioner) är större än kärlets storlek

(P "P ~ 10 -13 mm Hg. Art.). Vakuum kännetecknas av elektronisk ledningsförmåga

(ström är elektronernas rörelse), det finns praktiskt taget inget motstånd ( R
).

I ett vakuum:

- elektrisk ström är inte möjlig, eftersom. det möjliga antalet joniserade molekyler kan inte ge elektrisk ledningsförmåga;

- det är möjligt att skapa en elektrisk ström i vakuum om en källa av laddade partiklar används;

— Verkan av en källa av laddade partiklar kan baseras på fenomenet termionemission.

Termionisk emission- fenomenet med att fria elektroner läcker ut från ytan på upphettade kroppar, utsläpp av elektroner från fasta eller flytande kroppar sker när de värms upp till temperaturer som motsvarar den synliga glöden från en het metall. En uppvärmd metallelektrod avger kontinuerligt elektroner och bildar ett elektronmoln runt sig själv.

I jämviktstillståndet är antalet elektroner som har lämnat elektroden lika med antalet elektroner som har återvänt till den (eftersom elektroden är positivt laddad när elektroner går förlorade). Ju högre temperatur metallen har, desto högre täthet har elektronmolnet. Elektrisk ström i vakuum är möjlig i elektronrör. Ett vakuumrör är en anordning som använder fenomenet termionisk emission.

vakuumdiod.

En vakuumdiod är ett elektronrör med två elektroder (A-anod och K-katod). Mycket lågt tryck skapas inuti glasbehållaren (10 -6 ÷10 -7 mm Hg), filamentet placeras inuti katoden för att värma den. Ytan på den uppvärmda katoden avger elektroner. Om anoden är ansluten

med "+" för strömkällan och katoden med "-", då flyter en konstant termionström i kretsen. Vakuumdioden har envägsledning.

CVC (spänningskarakteristik) för en vakuumdiod.

Vid låga spänningar vid anoden når inte alla elektroner som emitteras av katoden anoden, och strömmen är liten. Vid höga spänningar når strömmen mättnad, d.v.s. maximalt värde. Vakuumdioden är envägsledande och används för att likrikta växelström.

elektronstrålarär en ström av snabbt flygande elektroner i vakuumrör och gasurladdningsanordningar.

Egenskaper för elektronstrålar:

— avvika i elektriska fält;

- avvika i magnetiska fält under inverkan av Lorentz-kraften;

- Röntgenstrålning produceras när strålen som träffar ämnet retarderas;

- orsakar luminescens (luminescens) av vissa fasta och flytande kroppar (fosfor);

- värm ämnet, faller på det.

Katodstrålerör (CRT)

— fenomenen termionisk emission och egenskaperna hos elektronstrålar används.

CRT:ns sammansättning: en elektronpistol, horisontella och vertikala avböjande elektrodplattor och en skärm.

Det finns två typer av rör:

1. med elektrostatisk styrning av elektronstrålen (elektronstråleavböjning endast genom elektriskt fält)

2. med elektromagnetisk styrning (magnetiska avböjningsspolar tillkommer).

Huvudapplikation för CRT: kineskop i tv-utrustning; datorskärmar; elektroniska oscilloskop inom mätteknik.

Tentafråga

47. I vilket av följande fall observeras fenomenet termionemission?

A. Jonisering av atomer under påverkan av ljus. B. Jonisering av atomer som ett resultat sammandrabbningarjoner vid hög temperatur. B. Emission av elektroner från ytan av en uppvärmd katod i ett TV-rör. D. När en elektrisk ström passerar genom en elektrolytlösning.

Tomhet - så här översätts ordet vakuum från latin. Det är vanligt att kalla ett vakuum för ett utrymme där det finns en gas vars tryck är hundratals, och kanske tusentals gånger lägre än atmosfärstrycket. På vår planet skapas ett vakuum på konstgjord väg, eftersom i vivo ett sådant tillstånd är omöjligt.

Typer av vakuum

Hur beter sig elektrisk ström i vakuum? Som vilken ström som helst, uppträder vakuumströmmen i närvaro av en källa med fria laddade partiklar.

Vilka partiklar skapar en elektrisk ström i ett vakuum? För att skapa ett vakuum i ett slutet kärl är det nödvändigt att pumpa ut gas från det. Detta görs oftast med vakuumpump. Detta är en sådan anordning som är nödvändig för att pumpa ut gas eller ånga till det tryck som krävs för experimentet.

Det finns fyra typer av vakuum: lågvakuum, medelvakuum, högvakuum och ultrahögt vakuum.

Ris. 1. Vakuumegenskaper

Elektrisk ström i vakuum

Ström i ett vakuum kan inte existera på egen hand, eftersom vakuum är ett dielektrikum. I det här fallet kan du skapa en ström med termionisk emission. Termionisk emission är ett fenomen där elektroner frigörs från metaller vid upphettning. Sådana elektroner kallas termoelektroner, och hela kroppen är en emitter.

Detta fenomen uppmärksammades först av den amerikanske vetenskapsmannen Thomas Edison 1879.

Ris. 2. Termionisk emission

Utsläppet är uppdelat i:

sekundär elektronisk (utslagning av snabba elektroner);
termionisk (avdunstning av elektroner från en varm katod);
fotoelektroniska (elektroner slås ut av ljus);
elektronisk (slår ut av ett starkt fält).

Elektroner kan flyga ut ur metallen om de har tillräckligt med kinetisk energi. Det måste vara större än arbetsfunktionen för elektroner för en given metall. Elektronerna som emitteras från katoden bildar ett elektronmoln. Hälften av dem återgår till sin ursprungliga position. I jämviktstillståndet är antalet emitterade elektroner lika med antalet återkommande. Elektronmolnets densitet är direkt proportionell mot temperaturen (dvs när temperaturen stiger blir molnets densitet större).

När elektroderna är anslutna till källan, a elektriskt fält. Om strömkällans positiva pol är ansluten till anoden (kall elektrod) och den negativa polen till katoden (varm elektrod), så kommer den elektriska fältstyrkan att riktas till den uppvärmda elektroden.

Applicering av elektrisk ström i vakuum

Elektrisk ström i vakuum används i olika elektroniska enheter. En sådan anordning är vakuumdioden.

Ris. 3. Vakuumdiod

Den består av en cylinder, som innehåller 2 elektroder - en katod och en anod.

Vad har vi lärt oss?

Vi lärde oss kort om den elektriska strömmen i vakuum i den här artikeln. För dess existens i ett vakuum är först och främst närvaron av fria laddade partiklar nödvändig. Typerna av vakuum och deras egenskaper beaktas också. Nödvändigt för studien är begreppet termionisk emission. Informationen kan användas för att göra en rapport och rapport på en fysiklektion.

Elektrisk ström i vakuum

Är det möjligt att sprida elektrisk ström i ett vakuum (från latin vakuum - tomhet)? Eftersom det inte finns några gratis laddningsbärare i vakuum är det ett idealiskt dielektrikum. Uppkomsten av joner skulle leda till att vakuumet försvann och att en joniserad gas bildades. Men utseendet av fria elektroner kommer att säkerställa strömflödet genom vakuumet. Hur får man fria elektroner i vakuum? Med hjälp av fenomenet termionisk emission - utsläpp av elektroner från ett ämne när det värms upp.

Vakuumdioder, triod, katodstrålerör (i gamla TV-apparater) är enheter vars funktion är baserad på fenomenet termionisk emission. Den grundläggande principen för drift: närvaron av ett eldfast material genom vilket ström flyter - katoden, en kall elektrod som samlar termoelektroner - anoden.

Full Vakuum kan inte erhållas med någon pump. Oavsett hur mycket vi pumpar ut lampan kommer spår av gas alltid att finnas kvar i den. Därför, i en lampa, passerar den elektriska ström som vi just har mötts med faktiskt inte i ett vakuum, utan i en mycket förtärnad gas.

Moderna pumpar producerar ett så högt vakuum att molekylerna som finns kvar i urladdningsröret praktiskt taget inte har någon effekt på elektronernas rörelse, och strömmen flyter på samma sätt som i fullt vakuum. I vissa fall evakueras dock inte lampan medvetet i denna utsträckning. I en sådan lampa kolliderar elektroner upprepade gånger med gasmolekyler på väg. Vid nedslaget överför de en del av sin energi till gasmolekylerna. Vanligtvis används denna energi för att värma gasen, men under vissa förhållanden avger gasens molekyler eller atomer den i form av ljus. Sådana ljusrör kan ses ovanför dörrarna till tunnelbanan, på skyltfönster och skyltar.

Passage av elektrisk ström i en gas är ett extremt komplext och mångsidigt fenomen. En av dess former är elektrisk ljusbåge används vid elektrisk svetsning och smältning av metaller.

Temperaturen i den vid atmosfärstryck är cirka 3700 grader. I en båge som brinner i en gas komprimerad till 20 atmosfärer når temperaturen 5900 grader, det vill säga till temperaturen på solens yta.

Den elektriska ljusbågen avger en ljus vitt ljus och därför används den också som en kraftfull ljuskälla i projektionslampor och sökarljus.

En annan form av elektrisk urladdning är gasnedbrytning. Vi kommer att sammanföra två motsatt laddade metallkulor (se bilden på omslaget). I detta fall ökar det elektriska fältet mellan dem. Slutligen blir den så stor att den drar elektroner från luftmolekylerna mellan kulorna. Luften joniseras. De resulterande fria elektronerna och jonerna rusar till bollarna. På vägen bryter de sönder nya molekyler, skapar nya joner. Luft blir tillfälligt ledande.

När de närmar sig bollarna neutraliserar jonerna kulornas laddningar; fältet försvinner. De återstående jonerna rekombineras till molekyler. Luft är återigen en isolator.

Allt detta händer på en bråkdel av en sekund. Sammanbrottet åtföljs av en gnista och en spricka. En gnista är resultatet av glöden från molekyler som exciteras av stötar från flygande laddningar. Sprickandet orsakas av luftens expansion på grund av dess uppvärmning i gnistans väg.

Detta fenomen påminner om blixtar och åska i miniatyr. Blixten är faktiskt samma elektriska urladdning som uppstår när två motsatt laddade moln närmar sig eller mellan ett moln och jorden.

Vi kommer nu att sammanföra inte två förladdade kulor, utan två kol- eller metallelektroder kopplade till en tillräckligt kraftfull generator. Urladdningen som uppstår mellan dem slutar inte, eftersom elektroderna tack vare generatorn inte neutraliseras av jonerna som faller på dem. Istället för en mycket kortvarig nedbrytning av luft skapas en stabil elektrisk ljusbåge (fig. 12), som vi redan har diskuterat ovan. Den höga temperaturen som utvecklas i ljusbågen upprätthåller det joniserade tillståndet för luften mellan elektroderna, och skapar också en betydande termionisk emission från katoden.

Innan vi pratar om mekanismen genom vilken en elektrisk ström utbreder sig i ett vakuum, är det nödvändigt att förstå vilken typ av medium det är.

Definition. Vakuum är tillståndet för en gas där den fria vägen för en partikel över storlek fartyg. Det vill säga ett sådant tillstånd där en molekyl eller atom av en gas flyger från en vägg av kärlet till en annan utan att kollidera med andra molekyler eller atomer. Det finns också konceptet vakuumdjup, som kännetecknar det lilla antal partiklar som alltid förblir i vakuum.

För existensen av en elektrisk ström är närvaron av gratis laddningsbärare nödvändig. Var kommer de ifrån i ett område i rymden med mycket lågt innehåll av materia? För att besvara denna fråga är det nödvändigt att överväga experimentet utfört av den amerikanske fysikern Thomas Edison (Fig. 1). Under experimentet placerades två plattor i vakuumkammare och stängd utanför den i en krets med den medföljande elektrometern. Efter att en platta värmts upp visade elektrometern en avvikelse från noll (fig. 2).

Resultatet av experimentet förklaras enligt följande: som ett resultat av uppvärmning börjar metallen avge elektroner från sin atomstruktur, i analogi med utsläppet av vattenmolekyler under avdunstning. Den uppvärmda metallen omger elektronsjön. Detta fenomen kallas termionisk emission.

Ris. 2. Schema för Edison-experimentet

Mycket tekniskt betydelse har användning av så kallade elektronstrålar.

Definition. En elektronstråle är en ström av elektroner vars längd är mycket större än dess bredd. Att få det är ganska lätt. Det räcker med att ta ett vakuumrör genom vilket strömmen går, och göra ett hål i anoden, dit de spridda elektronerna går (den så kallade elektronkanonen) (fig. 3).

Ris. 3. Elektronpistol

Elektronstrålar har ett antal nyckelegenskaper:

Som ett resultat av närvaron av hög kinetisk energi har de en termisk effekt på materialet som de kraschar in i. Denna egenskap används vid elektronisk svetsning. Elektronisk svetsning är nödvändig i applikationer där det är viktigt att bibehålla materialrenheten, till exempel vid svetsning av halvledare.

Vid kollidering med metaller avger elektronstrålar, saktar ner, röntgenstrålar som används inom medicin och teknik (Fig. 4).

Ris. 4. En bild tagen med röntgenstrålning ()

När en elektronstråle träffar några ämnen som kallas fosfor uppstår en glöd, vilket gör det möjligt att skapa skärmar som hjälper till att övervaka strålens rörelse, naturligtvis osynliga för blotta ögat.

Förmågan att kontrollera strålarnas rörelse med hjälp av elektriska och magnetiska fält.

Det bör noteras att temperaturen vid vilken termionisk emission kan uppnås inte kan överstiga den temperatur vid vilken metallstrukturen förstörs.

Först använde Edison följande konstruktion för att få ström i vakuum. En ledare som ingår i kretsen placerades på ena sidan av vakuumröret och en positivt laddad elektrod placerades på den andra sidan (se fig. 5):

Som ett resultat av strömpassagen genom ledaren börjar den att värmas upp och avger elektroner som attraheras av den positiva elektroden. I slutändan finns det en riktad rörelse av elektroner, som i själva verket är en elektrisk ström. Däremot är antalet elektroner som emitteras för litet, vilket ger för lite ström för någon användning. Detta problem kan övervinnas genom att lägga till en annan elektrod. En sådan negativ potentialelektrod kallas en indirekt glödelektrod. Med dess användning ökar antalet rörliga elektroner många gånger (fig. 6).

Ris. 6. Använd en indirekt glödstift

Det bör noteras att strömkonduktiviteten i vakuum är densamma som för metaller - elektroniska. Även om mekanismen för uppkomsten av dessa fria elektroner är helt annorlunda.

Baserat på fenomenet termionisk emission skapades en enhet som kallas vakuumdiod (fig. 7).

Ris. 7. Beteckning för vakuumdioden på den elektriska kretsen

Låt oss ta en närmare titt på vakuumdioden. Det finns två typer av dioder: en diod med en glödtråd och en anod och en diod med en glödtråd, en anod och en katod. Den första kallas en direkt filamentdiod, den andra - indirekt filament. Inom tekniken används både den första och andra typen, men den direktuppvärmda dioden har en sådan nackdel att vid uppvärmning ändras resistansen i gängan, vilket medför en förändring av strömmen genom dioden. Och eftersom vissa operationer som använder dioder kräver en helt konstant ström, är det mer lämpligt att använda den andra typen av dioder.

I båda fallen måste glödtrådens temperatur för effektiv emission vara .

Dioder används för att likrikta växelströmmar. Om dioden används för att omvandla industriella strömmar, kallas den en kenotron.

Elektroden som ligger nära det elektronemitterande elementet kallas katoden (), den andra kallas anoden (). På korrekt anslutning när spänningen ökar, ökar strömmen. Med den omvända anslutningen kommer strömmen inte att flyta alls (fig. 8). På detta sätt kan vakuumdioder jämföras med halvledardioder, där strömmen, även om den är minimal, är närvarande när den slås på igen. På grund av denna egenskap används vakuumdioder för att likrikta växelströmmar.

Ris. 8. Strömspänningskarakteristik för en vakuumdiod

En annan anordning skapad på grundval av processerna för strömflöde i ett vakuum är en elektrisk triod (fig. 9). Dess design skiljer sig från dioden en genom närvaron av en tredje elektrod, kallad ett rutnät. Också baserat på principerna för ström i ett vakuum är ett instrument som ett katodstrålerör, som är huvuddelen av sådana instrument som ett oscilloskop och rör-tv-apparater.

Ris. 9. Diagram över en vakuumtriod

Som nämnts ovan, på grundval av egenskaperna för strömutbredning i ett vakuum, designades en så viktig anordning som ett katodstrålerör. I hjärtat av sitt arbete använder hon egenskaperna hos elektronstrålar. Tänk på strukturen på denna enhet. Katodstråleröret består av en vakuumkolv med en förlängning, en elektronkanon, två katoder och två inbördes vinkelräta elektrodpar (fig. 10).

Ris. 10. Strukturen hos ett katodstrålerör

Funktionsprincipen är som följer: elektronerna som emitteras från pistolen som ett resultat av termionisk emission accelereras på grund av den positiva potentialen vid anoderna. Sedan, genom att applicera den önskade spänningen på paren av styrelektroder, kan vi avleda elektronstrålen som vi vill, horisontellt och vertikalt. Efter det faller den riktade strålen på fosforskärmen, vilket gör att vi kan se bilden av strålbanan på den.

Katodstråleröret används i ett instrument som kallas oscilloskop (fig. 11), utformat för att studera elektriska signaler, och i kineskopiska tv-apparater, med det enda undantaget att elektronstrålarna där styrs av magnetfält.

I nästa lektion kommer vi att analysera passagen av elektrisk ström i vätskor.

Bibliografi

Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fysik (grundläggande nivå) - M .: Mnemosyne, 2012.
Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Fysik årskurs 10. – M.: Ileksa, 2005.
Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. Fysik. Elektrodynamik. – M.: 2010.