Vakuumda elektrik cərəyanı. Elektrovakuum cihazları

Elektrik cərəyanı təkcə metallarda deyil, həm də vakuumda, məsələn, radio borularında, katod şüa borularında yarana bilər. Vakuumdakı cərəyanın təbiətini öyrənək.

Metallarda çoxlu sayda sərbəst, təsadüfi hərəkət edən elektronlar var. Elektron metalın səthinə yaxınlaşdıqda müsbət ionlar tərəfdən ona təsir edən və içəriyə doğru yönəldilmiş cəlbedici qüvvələr elektronun metaldan çıxmasının qarşısını alır. Vakuumda metaldan elektron çıxarmaq üçün görülməli olan işə deyilir işdən çıxmaq. Müxtəlif metallar üçün fərqlidir. Beləliklə, volfram üçün bu bərabərdir 7,2 * 10 -19 j.Əgər elektronun enerjisi iş funksiyasından azdırsa, o, metalı tərk edə bilməz. Enerjisi çox olmayan bir çox elektron, hətta otaq temperaturunda daha çox işçıxış. Metaldan ayrıldıqdan sonra onlar ondan qısa bir məsafəyə uzaqlaşırlar və ionların cazibə qüvvələrinin təsiri altında metala qayıdırlar, nəticədə metalın yaxınlığında nazik bir çıxan və geri dönən elektron təbəqəsi əmələ gəlir. dinamik tarazlıqda olan səth. Elektron itkisi səbəbindən metalın səthi müsbət yüklənir.

Elektronun metalı tərk etməsi üçün o, elektron təbəqənin elektrik sahəsinin itələyici qüvvələrinə və metalın müsbət yüklü səthinin elektrik sahəsinin qüvvələrinə qarşı iş görməlidir (şək. 85. a). Otaq temperaturunda ikiqat yüklü təbəqədən qaça biləcək elektronlar demək olar ki, yoxdur.

Elektronların ikiqat təbəqədən uçması üçün onların iş funksiyasından qat-qat böyük enerjiyə malik olması lazımdır. Bunun üçün enerji elektronlara xaricdən, məsələn, qızdırmaqla verilir. Qızdırılan cisim tərəfindən elektronların buraxılmasına termion emissiya deyilir. Bu, metalda sərbəst elektronların mövcudluğunun sübutlarından biridir.

Belə bir təcrübədə termion emissiya hadisəsini müşahidə etmək olar. Elektrometri müsbət yüklədikdən sonra (elektrikləşdirilmiş şüşə çubuqdan) onu bir keçirici ilə nümayiş vakuum lampasının A elektroduna bağlayırıq (şəkil 85, b). Elektrometr boşalmır. Dövrəni bağladıqdan sonra K ipini işıqlandıracağıq. Elektrometrin iynəsinin düşdüyünü görürük - elektrometr boşaldılır. Qızdırılan filamentin buraxdığı elektronlar müsbət yüklü elektrod A-ya çəkilir və onun yükünü neytrallaşdırır. Yaranan elektrik sahəsinin təsiri altında termoelektronların filamentdən elektroda A axını elektrik vakuumda.

Elektrometr mənfi yüklənirsə, o zaman belə bir təcrübədə boşalmaz. Filamentdən uçan elektronlar artıq A elektrodu tərəfindən cəzb olunmur, əksinə, ondan dəf edilir və filamentə qaytarılır.

Elektrik dövrəsini yığaq (şək. 86). Qızdırılmamış bir ip K ilə, onunla elektrod A arasındakı dövrə açıqdır - galvanometr iynəsi sıfırdır. Onun dövrəsində cərəyan yoxdur. Açarı bağladıqdan sonra filamanı qızdırırıq. Termoelektronlar filament və elektrod A arasındakı dövrəni bağladıqları üçün qalvanometr dövrəsindən bir cərəyan keçdi və bununla da vakuumda elektrik cərəyanı əmələ gəldi. Vakuumda elektrik cərəyanı bir elektrik sahəsinin təsiri altında elektronların yönəldilmiş axınıdır. Vakuumda cərəyan əmələ gətirən elektronların istiqamətləndirilmiş hərəkət sürəti metallarda cərəyan yaradan elektronların yönəldilmiş hərəkət sürətindən milyardlarla dəfə böyükdür. Beləliklə, radioqəbuledicinin lampalarının anodunda elektron axınının sürəti saniyədə bir neçə min kilometrə çatır.

Bilik bazasında yaxşı işinizi göndərin sadədir. Aşağıdakı formadan istifadə edin

Tədris və işlərində bilik bazasından istifadə edən tələbələr, aspirantlar, gənc alimlər Sizə çox minnətdar olacaqlar.

haqqında yerləşdirilib http://www.allbest.ru/

ElVakuumda elektrik cərəyanı

1. Katod şüa borusu

Vakuum, molekulların heç vaxt bir-biri ilə toqquşmadan gəminin bir divarından digərinə uçduğu bir qabdakı qaz vəziyyətidir.

Vakuum izolyatoru, içindəki cərəyan yalnız yüklü hissəciklərin süni şəkildə daxil olması səbəbindən yarana bilər, bunun üçün maddələr tərəfindən elektronların buraxılması (emissiyası) istifadə olunur. Qızdırılan katodlu vakuum lampalarında termion emissiya, fotodiodda isə fotoelektron emissiyası baş verir.

Bir metal tərəfindən nə üçün sərbəst elektronların kortəbii emissiyasının olmadığını izah edək. Metalda belə elektronların olması kristaldakı atomların yaxınlığının nəticəsidir. Lakin bu elektronlar yalnız o mənada sərbəstdirlər ki, onlar konkret atomlara aid deyil, bütövlükdə kristala aid olaraq qalırlar. Sərbəst elektronların bir hissəsi metalın səthində xaotik hərəkət nəticəsində ondan uçur. Əvvəllər elektrik cəhətdən neytral olan metal səthinin mikro hissəsi müsbət kompensasiya edilməmiş bir yük əldə edir, onun təsiri altında buraxılan elektronlar metala qayıdır. Çıxış-qaytarma prosesləri davamlı olaraq baş verir, bunun nəticəsində metal səthin üstündə dəyişdirilə bilən elektron buludu əmələ gəlir və metal səth iş funksiyasını yerinə yetirməli olan məhdudlaşdırıcı qüvvələrə qarşı ikiqat elektrik təbəqəsi əmələ gətirir. Elektron emissiyası baş verərsə, o zaman bəzi xarici təsirlər (istilik, işıqlandırma) belə bir iş görmüşdür

Termion emissiyası elektron yaymaq üçün yüksək temperatura qədər qızdırılan cisimlərin xüsusiyyətidir.

Katod şüa borusu yüksək vakuumun (10 ilə -6 dərəcə-10 ilə -7 dərəcə arasında mm Hg) yaradıldığı bir şüşə kolbadır. Elektronların mənbəyi nazik məftilli spiraldir (o da katoddur). Katodun qarşısında içi boş silindr şəklində bir anod var, elektron şüası dar bir diafraqma olan bir fokus silindrindən keçdikdən sonra daxil olur. Katod və anod arasında bir neçə kilovolt gərginlik saxlanılır. Sürətləndirilmiş elektrik sahəsi elektronlar diafraqmanın diyaframından uçur və elektron zərbələrinin təsiri altında parlayan maddədən hazırlanmış ekrana uçur.

Elektron şüasını idarə etmək üçün biri şaquli, digəri isə üfüqi olan iki cüt metal lövhədən istifadə olunur. Plitələrin sol tərəfi mənfi, sağ tərəfi isə müsbət potensiala malikdirsə, o zaman şüa sağa, plitələrin polaritesi dəyişdirilərsə, şüa sola doğru əyiləcəkdir. Bu plitələrə gərginlik tətbiq edilərsə, şüa üfüqi müstəvidə salınacaq. Eynilə, şaquli olaraq əyilən plitələrdə alternativ bir gərginlik varsa, şüa şaquli müstəvidə salınacaq. Əvvəlki plitələr üfüqi olaraq əyilir.

2. Vakuumda elektrik cərəyanı

Vakuum nədir?

Bu, molekulların praktiki olaraq heç bir toqquşması olmayan qazın seyrək dərəcəsidir;

Elektrik cərəyanı mümkün deyil, çünki. ionlaşmış molekulların mümkün sayı elektrik keçiriciliyini təmin edə bilməz;

Əgər yüklü hissəciklər mənbəyindən istifadə etsəniz, vakuumda elektrik cərəyanı yarada bilərsiniz; şüa borusu vakuum diodu

Yüklü hissəciklər mənbəyinin hərəkəti termion emissiya fenomeninə əsaslana bilər.

3. vakuum diodu

Elektron borularda vakuumda elektrik cərəyanı mümkündür.

Vakuum borusu termion emissiya fenomenindən istifadə edən bir cihazdır.

Vakuum diodu iki elektrodlu (A-anod və K-katod) elektron borudur.

Şüşə qabın içərisində çox aşağı təzyiq yaranır

H - onu qızdırmaq üçün katodun içərisinə yerləşdirilmiş filament. Qızdırılan katodun səthi elektronlar buraxır. Əgər anod + cərəyan mənbəyinə, katod isə - ilə bağlıdırsa, dövrə axır.

sabit termion cərəyan. Vakuum diodunun birtərəfli keçiriciliyi var.

Bunlar. anod potensialı katod potensialından yüksək olarsa, anodda cərəyan mümkündür. Bu zaman elektron buludundan olan elektronlar anoda çəkilərək vakuumda elektrik cərəyanı yaradır.

4. Volt-ampervakuum diodunun xarakteristikası

Anodda aşağı gərginliklərdə katodun buraxdığı elektronların hamısı anoda çatmır və elektrik cərəyanı kiçikdir. Yüksək gərginliklərdə cərəyan doyma səviyyəsinə çatır, yəni. maksimum dəyər.

Alternativ cərəyanı düzəltmək üçün vakuum diodundan istifadə olunur.

Diod rektifikatorunun girişindəki cərəyan

Düzləşdirici çıxış cərəyanı

5. elektron şüaları

Bu, vakuum borularında və qaz boşaltma cihazlarında sürətlə uçan elektronların axınıdır.

Elektron şüalarının xüsusiyyətləri:

Elektrik sahələrində sapma;

Lorentz qüvvəsinin təsiri altında maqnit sahələrində sapma;

Maddənin üzərinə düşən şüa yavaşladıqda rentgen şüaları əmələ gəlir;

Bəzi bərk və maye cisimlərin (fosforların) parıltısına (lüminessensiyasına) səbəb olur;

Maddəni qızdıraraq üzərinə düşürlər.

6. Katod Şüa Borusu (CRT)

Termion emissiyası hadisələri və elektron şüalarının xassələrindən istifadə olunur.

CRT elektron silahdan, üfüqi və şaquli əyilmə elektrod lövhələrindən və ekrandan ibarətdir.

Elektron silahda qızdırılan katodun buraxdığı elektronlar nəzarət şəbəkəsinin elektrodundan keçir və anodlar tərəfindən sürətləndirilir. Elektron silahı elektron şüanı bir nöqtəyə yönəldir və ekrandakı parıltının parlaqlığını dəyişir. Yayılan üfüqi və şaquli lövhələr ekrandakı elektron şüasını ekranın istənilən nöqtəsinə köçürməyə imkan verir. Borunun ekranı bir fosforla örtülmüşdür, elektronlarla bombardman edildikdə parıldayır.

İki növ boru var:

1) elektron şüasının elektrostatik idarəsi ilə (elektron şüasının yalnız elektrik sahəsi ilə sapması);

2) elektromaqnit nəzarəti ilə (maqnit əyilmə rulonları əlavə olunur).

CRT-nin əsas tətbiqi:

televiziya avadanlıqlarında kineskoplar;

kompüter ekranları;

ölçmə texnologiyasında elektron osiloskoplar.

Allbest.ru saytında yerləşdirilib

Oxşar Sənədlər

Vakuum, atmosfer təzyiqindən aşağı olan bir qazın vəziyyətidir. Bir növ elektrik cərəyanı olaraq vakuumda elektronların axını. Termion emissiya hadisəsi, onun tətbiqi. Vakuum diod (iki elektrodlu lampa). Diodun cərəyan gərginliyi xarakteristikası.

mücərrəd, 24/10/2008 əlavə edildi


Elektrik cərəyanı anlayışı və onun baş vermə şərtləri. Aşağı temperaturda metalların superkeçiriciliyi. Elektroliz və elektrolitik dissosiasiya anlayışları. Mayelərdə elektrik cərəyanı. Faraday qanunu. Qazlarda elektrik cərəyanının xassələri, vakuum.

təqdimat, 27/01/2014 əlavə edildi


Elektrik cərəyanı anlayışı. Müxtəlif mühitlərdə elektron axınının davranışı. Vakuum-elektron şüa borusunun iş prinsipləri. Mayelərdə, metallarda, yarımkeçiricilərdə elektrik cərəyanı. Keçiricilik anlayışı və növləri. Elektron-deşik keçidi fenomeni.

təqdimat, 11/05/2014 əlavə edildi


Elektrodinamikanın əsas anlayışları və xüsusi bölmələri. Elektrik cərəyanının mövcudluğu şərtləri, işinin və gücünün hesablanması. Düzgün və alternativ cərəyan üçün Ohm qanunu. Metalların, elektrolitlərin, qazların və vakuum diodunun volt-amper xarakteristikası.

təqdimat, 30/11/2013 əlavə edildi


Yüklü hissəciklərin nizamlı hərəkəti kimi elektrik cərəyanı anlayışı. Elektrik batareyalarının növləri və enerjiyə çevrilmə üsulları. Qalvanik elementin cihazı, batareyaların işləmə xüsusiyyətləri. Cari mənbələrin təsnifatı və onların tətbiqi.

təqdimat, 18/01/2012 əlavə edildi


Elektrik cərəyanı anlayışı, onun istiqaməti, hərəkəti və gücü seçimi. Keçiricidə hissəciklərin hərəkəti, onun xassələri. Elektrik sxemləri və birləşmələrin növləri. Konduktorun buraxdığı istilik miqdarı haqqında Joule-Lenz qanunu, dövrə bölməsində cərəyanın gücü haqqında Ohm qanunu.

təqdimat, 15/05/2009 əlavə edildi


Elektrik cərəyanının əmələ gəlməsi, yüklü hissəciklərin mövcudluğu, hərəkəti və qarşılıqlı təsiri. İki fərqli metal təmasda olduqda elektrik cərəyanının meydana gəlməsi nəzəriyyəsi, elektrik cərəyanı mənbəyinin yaradılması, elektrik cərəyanının təsirinin öyrənilməsi.

təqdimat, 28/01/2011 əlavə edildi


Elektrik cərəyanının istilik effekti. Joule-Lenz qanununun mahiyyəti. İstixana və istixana anlayışı. Fanlı qızdırıcılardan istifadənin səmərəliliyi və istixana torpağının kabel ilə qızdırılması. İnkubatorların cihazında elektrik cərəyanının istilik effekti.

təqdimat, 26/11/2013 əlavə edildi


Sabit cərəyanın xətti elektrik dövrələrinin hesablanması, dövrə cərəyanları üsullarının bütün qollarında cərəyanların təyini, qoyulması, bükülməsi. Sabit cərəyanın qeyri-xətti elektrik dövrələri. Xətti dəyişən cərəyan dövrələrinin elektrik vəziyyətinin təhlili.

kurs işi, 05/10/2013 əlavə edildi


Elektrik cərəyanı anlayışı. Bir dövrə bölməsi üçün Ohm qanunu. Metallarda cərəyan axınının xüsusiyyətləri, superkeçiricilik hadisəsi. Vakuum diodlarında termion emissiya. Dielektrik, elektrolitik və yarımkeçirici mayelər; elektroliz qanunu.

XX əsrin birinci yarısında elektronikanın ən vacib cihazları. vakuumda elektrik cərəyanından istifadə edən vakuum boruları var idi. Lakin onlar yarımkeçirici cihazlarla əvəz olundu. Lakin bu gün də vakuum cərəyanı katod şüa borularında, vakuum ərimə və qaynaqda, o cümlədən kosmosda və bir çox başqa qurğularda istifadə olunur. Bu, vakuumda elektrik cərəyanının öyrənilməsinin vacibliyini müəyyən edir.

Vakuum (latdan.vakuum- boşluq) - atmosfer təzyiqindən az təzyiqdə qazın vəziyyəti. Bu anlayış qapalı bir qabda və ya qazın çıxarıldığı bir qabda olan bir qaza və çox vaxt boş məkanda, məsələn, kosmosda olan bir qaza tətbiq olunur. Vakuumun fiziki xarakteristikası molekulların sərbəst yolu ilə damarın ölçüsü arasındakı nisbət, cihazın elektrodları və s.

Şəkil 1. Bir gəmidən havanın çıxarılması

Vakuuma gəlincə, nədənsə buranın tamamilə boş yer olduğunu düşünürlər. Əslində bu belə deyil. Hər hansı bir gəmidən hava çıxarılırsa (şək.1 ), onda zaman keçdikcə içindəki molekulların sayı azalacaq, baxmayaraq ki, bütün molekulları damardan çıxarmaq mümkün deyil. Bəs nə vaxt gəmidə vakuum yarandığını güman edə bilərik?

Təsadüfi hərəkət edən hava molekulları tez-tez bir-biri ilə və gəminin divarları ilə toqquşur. Belə toqquşmalar arasında molekullar müəyyən məsafələrə uçurlar ki, bu da molekulların orta sərbəst yolu adlanır. Aydındır ki, hava çıxarıldıqda molekulların konsentrasiyası (həcm vahidinə düşən sayı) azalır və orta sərbəst yol artır. Və sonra orta sərbəst yolun damarın ölçüsünə bərabər olduğu an gəlir: molekul damarın divarından divarına hərəkət edir, praktiki olaraq digər molekullarla görüşmür. Məhz o zaman onlar hesab edirlər ki, qabda hələ də çoxlu molekul ola bilər, baxmayaraq ki, vakuum yaranıb. Aydındır ki, kiçik qablarda vakuum böyük gəmilərə nisbətən onlarda daha yüksək qaz təzyiqində yaranır.

Gəmidən hava çıxarmağa davam etsəniz, onda daha dərin bir vakuum yarandığını söyləyirlər. Dərin bir vakuumda bir molekul başqa bir molekulla görüşməzdən əvvəl bir neçə dəfə divardan divara uça bilər.

Bütün molekulları gəmidən çıxarmaq praktiki olaraq mümkün deyil.

Pulsuz yük daşıyıcıları vakuumda haradan gəlir?

Gəmidə bir vakuum yaranarsa, onda hələ də çoxlu molekullar var, bəziləri ionlaşa bilər. Ancaq nəzərə çarpan bir cərəyanı aşkar etmək üçün belə bir qabda bir neçə yüklü hissəcik var.

Vakuumda kifayət qədər pulsuz yük daşıyıcılarını necə əldə etmək olar? Əgər siz keçiricidən elektrik cərəyanı keçirərək və ya başqa yolla qızdırırsınızsa (şək.2 ), onda metaldakı sərbəst elektronların bir hissəsi metalı tərk etmək üçün kifayət qədər enerjiyə malik olacaq (iş funksiyasını yerinə yetirir). İsti cisimlərin elektron emissiyası hadisəsinə termion emissiya deyilir.

düyü. 2. Elektronların isti keçirici ilə şüalanması

Elektronika və radio demək olar ki, eyni yaşdadır. Düzdür, əvvəlcə radio öz həmyaşıdları olmadan işləyirdi, lakin sonradan elektron cihazlar radionun maddi əsası və ya necə deyərlər, elementar bazası oldu.

Elektronikanın başlanğıcını 1883-cü ildə, məşhur Tomas Alpha Edison, karbon filamentli işıqlandırma lampasının ömrünü uzatmağa çalışaraq, boşaldılmış lampanın lampasına metal elektrod daxil etdiyi zaman izlənilə bilər.

Məhz bu təcrübə Edisonu tranzistor dövründən əvvəl bütün vakuum borularının və bütün elektronikanın əsasını təşkil edən yeganə fundamental elmi kəşfinə gətirib çıxardı. Onun kəşf etdiyi hadisə sonradan termion emissiya adlanır.

Zahirən Edisonun təcrübəsi olduqca sadə görünürdü. O, elektrod terminalına və isti elektrik cərəyanının terminallarından birinə batareya və qalvanometr qoşdu.

Batareyanın artı elektroda, mənfisi isə filamentə qoşulduqda qalvanometrin iynəsi əyilirdi. Polarite dəyişdisə, dövrədəki cərəyan dayandı.

Edison bu effekti açıqladı və kəşf üçün patent aldı. Düzdür, o, necə deyərlər, işini kamilliyə çatdırmadı və hadisənin fiziki mənzərəsini izah etmədi. O zaman elektron hələ kəşf edilməmişdi və “termion emissiyası” anlayışı, təbii ki, yalnız elektronun kəşfindən sonra meydana çıxa bilərdi.

Bunun mahiyyəti də budur. İsti bir metal sapda elektronların sürəti və enerjisi o qədər artır ki, onlar ipin səthindən qoparaq sərbəst axınla ətrafdakı boşluğa qaçırlar. İpdən qaçan elektronları cazibə qüvvəsinə qalib gəlmiş raketlərə bənzətmək olar. Elektroda əlavə bir batareya əlavə edilərsə, filament və elektrod arasındakı şarın içərisindəki elektrik sahəsi elektronları ona doğru hərəkət etdirəcəkdir. Yəni lampanın içərisində elektrik cərəyanı axacaq.

Vakuumda elektronların axını bir növ elektrik cərəyanıdır. Vakuumda belə bir elektrik cərəyanı, "buxarlanan" elektronların mənbəyi olan qızdırılan bir katod və bir anod havanın diqqətlə çıxarıldığı bir qaba yerləşdirildiyi təqdirdə əldə edilə bilər. Katod və anod arasında elektronların müəyyən bir istiqamətdə hərəkət etməsini bildirən elektrik sahəsi yaranır.

Televiziya borularında, radio borularında, elektron şüa əridicilərində və bir çox başqa maşınlarda elektronlar vakuumda hərəkət edir. Vakuumda elektron axını necə əldə edilir? Bu axınlar necə idarə olunur?

şək.3

Bilirik ki, metallarda keçirici elektronlar var. Bu elektronların orta hərəkət sürəti metalın temperaturundan asılıdır: o, nə qədər böyükdürsə, temperatur da bir o qədər yüksəkdir. İki metal elektrodu bir-birindən müəyyən məsafədə vakuumda yerləşdirək (şək.3 ) və onlar arasında müəyyən potensial fərq yaradır. Dövrədə heç bir cərəyan olmayacaq, bu da elektrodlar arasındakı boşluqda sərbəst elektrik yük daşıyıcılarının olmamasını göstərir. Beləliklə, metallarda sərbəst elektronlar var, lakin onlar metalın içərisində və adi temperaturda praktiki olaraq saxlanılır.

ondan çıxa bilmir. Elektronların metalın hüdudlarından kənara çıxa bilməsi üçün (buxarlanma zamanı molekulların mayedən kənarda uçuşuna bənzər) onlar metalda yaranan müsbət yükün artıqlığından elektrik cazibə qüvvələrini dəf etməlidirlər. elektronların uçuşu, eləcə də əvvəllər uçan və metal səthinin yaxınlığında elektron "bulud" əmələ gətirən elektronların tərəfdən itələyici qüvvələr. Başqa sözlə, bir metaldan vakuuma uçmaq üçün elektron müəyyən bir iş görməlidir.ABu qüvvələrə qarşı, təbii ki, müxtəlif metallar üçün fərqlidir. Bu iş adlanıriş funksiyası metaldan elektronlar. İş funksiyasını kinetik enerjilərinə görə elektronlar yerinə yetirir. Buna görə də aydındır ki, yavaş elektronlar metaldan qaça bilməz, ancaq kinetik enerjisi olanlarE Kimə iş funksiyasını üstələyir, yəniE Kimə ≥ A. Metaldan sərbəst elektronların ayrılmasına deyilirelektron emissiyası .

Elektron emissiyasının mövcud olması üçün iş funksiyasını yerinə yetirmək üçün kifayət qədər kinetik enerjiyə malik olan metalların keçirici elektronlarına məlumat vermək lazımdır. Elektronlara lazımi kinetik enerjinin verilməsi üsulundan asılı olaraq, elektron emissiyasının müxtəlif növləri var. Əgər metalın xaricdən bəzi digər hissəciklər (elektronlar, ionlar) tərəfindən bombardmanı nəticəsində enerji keçirici elektronlara verilirsə, ondaikincil elektron emissiyası . Elektronların emissiyası metalın işıqla şüalanmasının təsiri altında baş verə bilər. Bu halda, varfotoemissiya , və yafotoelektrik effekt . Güclü bir elektrik sahəsinin təsiri altında metaldan elektronları çıxarmaq da mümkündür -sahə emissiyası . Nəhayət, elektronlar bədəni qızdırmaqla kinetik enerji əldə edə bilirlər. Bu vəziyyətdə biri danışırtermion emissiya .

Termion emissiyası fenomenini və onun tətbiqini daha ətraflı nəzərdən keçirək.

Adi temperaturda az sayda elektron metaldan gələn elektronların iş funksiyası ilə müqayisə edilə bilən kinetik enerjiyə malik ola bilər. Temperatur yüksəldikcə bu cür elektronların sayı artır və metal 1000 - 1500 dərəcə temperaturlara qədər qızdırıldıqda, elektronların əhəmiyyətli bir hissəsi artıq metalın iş funksiyasını aşan bir enerjiyə sahib olacaqdır. Məhz bu elektronlar metaldan uça bilir, lakin onun səthindən uzaqlaşmırlar, çünki metal müsbət yüklənir və elektronları cəlb edir. Beləliklə, qızdırılan metalın yaxınlığında elektronların "bulud"u yaranır. Bu "buluddan" çıxan elektronların bir hissəsi yenidən metala qayıdır və eyni zamanda metaldan yeni elektronlar uçur. Bu zaman müəyyən vaxt ərzində metaldan buraxılan elektronların sayı ilə “buluddan” qayıdan elektronların sayı müqayisə edildikdə elektron “qaz”ı ilə elektron “bulud” arasında dinamik tarazlıq yaranır. eyni zamanda metal.

Vakuumda elektrik cərəyanı

Vakuum, təzyiqin atmosfer təzyiqindən az olduğu bir qazın vəziyyətidir. Aşağı, orta və yüksək vakuumu ayırd edin.

Yüksək vakuum yaratmaq üçün, qalan qazda molekulların orta sərbəst yolu damarın ölçüsündən və ya qabdakı elektrodlar arasındakı məsafədən daha böyük olan bir nadirləşmə lazımdır. Nəticə etibarilə, əgər qabda vakuum yaranarsa, onda onun içindəki molekullar demək olar ki, bir-biri ilə toqquşmur və elektrodlararası boşluqda sərbəst uçur. Bu vəziyyətdə onlar yalnız elektrodlarla və ya gəminin divarları ilə toqquşma yaşayırlar.

Vakuumda cərəyanın mövcud olması üçün vakuumda sərbəst elektronlar mənbəyini yerləşdirmək lazımdır. Metallarda sərbəst elektronların ən yüksək konsentrasiyası. Ancaq otaq temperaturunda onlar metalı tərk edə bilməzlər, çünki onlar müsbət ionların Coulomb cazibə qüvvələri tərəfindən saxlanılır. Bu qüvvələrə qalib gəlmək üçün bir elektron metal səthi tərk etmək üçün müəyyən miqdarda enerji sərf etməlidir ki, bu da iş funksiyası adlanır.

Əgər elektronun kinetik enerjisi iş funksiyasını üstələyirsə və ya ona bərabərdirsə, o zaman metalın səthini tərk edərək sərbəst olur.

Metalın səthindən elektronların buraxılması prosesi emissiya adlanır. Lazım olan enerjinin elektronlara necə ötürülməsindən asılı olaraq, emissiyanın bir neçə növü var. Onlardan biri termoelektron emissiyadır.

Ø Qızdırılan cisimlər tərəfindən elektronların buraxılmasına termoelektron emissiya deyilir.

Termion emissiyası fenomeni qızdırılan bir metal elektrodun davamlı olaraq elektronlar buraxmasına səbəb olur. Elektronlar elektrod ətrafında elektron buludu əmələ gətirirlər. Bu zaman elektrod müsbət yüklənir və yüklənmiş buludun elektrik sahəsinin təsiri altında buluddan çıxan elektronlar qismən elektroda qayıdır.

Tarazlıq vəziyyətində elektrodu bir saniyədə tərk edən elektronların sayı bu müddət ərzində elektroda qayıdan elektronların sayına bərabərdir.

2. Vakuumda elektrik cərəyanı

Bir cərəyanın olması üçün iki şərt yerinə yetirilməlidir: sərbəst yüklü hissəciklərin və elektrik sahəsinin olması. Bu şəraiti yaratmaq üçün şarın içinə iki elektrod (katod və anod) yerləşdirilir və hava şardan çıxarılır. Katodun qızdırılması nəticəsində ondan elektronlar uçur. Katodda mənfi potensial, anoda isə müsbət potensial tətbiq edilir.

Vakuumda elektrik cərəyanı termion emissiya nəticəsində əmələ gələn elektronların yönəldilmiş hərəkətidir.

3. Vakuum diodu

Müasir bir vakuum diodu bir şüşə və ya keramika-metal silindrdən ibarətdir, oradan hava 10-7 mm Hg təzyiqə qədər boşaldılır. İncəsənət. Balona iki elektrod lehimlənir, onlardan biri - katod - volframdan hazırlanmış şaquli metal silindr formasına malikdir və adətən qələvi torpaq metal oksidləri təbəqəsi ilə örtülmüşdür.

Alternativ cərəyanla qızdırılan katodun içərisində izolyasiya edilmiş bir keçirici yerləşir. Qızdırılan katod anoda çatan elektronları buraxır. Lampa anodu katodla ümumi oxa malik dəyirmi və ya oval silindrdir.

Vakuum diodunun birtərəfli keçiriciliyi ona görədir ki, qızdırma nəticəsində elektronlar isti katoddan uçaraq soyuq anoda doğru hərəkət edir. Elektronlar yalnız diod vasitəsilə katoddan anoda keçə bilər (yəni elektrik cərəyanı yalnız əks istiqamətdə axa bilər: anoddan katoda).

Şəkil vakuum diodunun volt-amper xarakteristikasını əks etdirir (mənfi gərginlik dəyəri katod potensialının anod potensialından yüksək olduğu vəziyyətə uyğundur, yəni elektrik sahəsi elektronları katoda qaytarmağa "çalışır") .

Vakuum diodları alternativ cərəyanı düzəltmək üçün istifadə olunur. Katod və anod arasında daha bir elektrod (tor) yerləşdirilirsə, o zaman şəbəkə ilə katod arasında gərginliyin bir qədər dəyişməsi belə anod cərəyanına əhəmiyyətli dərəcədə təsir edəcəkdir. Belə bir vakuum borusu (triod) zəif elektrik siqnallarını gücləndirməyə imkan verir. Buna görə bir müddət bu lampalar əsas elementlər idi elektron cihazlar.

4. Katod şüa borusu

Vakuumdakı elektrik cərəyanı katod şüa borusunda (CRT) istifadə edildi, onsuz uzun müddət televizor və ya osiloskop təsəvvür etmək mümkün deyildi.

Şəkil bir CRT dizaynının sadələşdirilmiş görünüşünü göstərir.

Borunun boyundakı elektron "tabancası" güclü elektron şüası yayan katoddur. Delikləri (1) olan xüsusi silindrlər sistemi bu şüaya diqqət yetirərək onu dar edir. Elektronlar ekrana (4) dəydikdə o parlamağa başlayır. Elektron axını şaquli (2) və ya üfüqi (3) lövhələrdən istifadə etməklə idarə oluna bilər.

Vakuumda elektronlara əhəmiyyətli enerji ötürülə bilər. Elektron şüaları hətta metalları vakuumda əritmək üçün də istifadə edilə bilər.

Elektrik sahəsinin təsiri altında vakuumda emissiya nəticəsində yaranan yüklü sərbəst hissəciklərin hərəkəti

Təsvir

Vakuumda elektrik cərəyanı əldə etmək üçün sərbəst daşıyıcıların olması lazımdır. Onları metallardan elektron buraxmaqla əldə etmək olar - elektron emissiyası (latınca emissio - buraxma).

Bildiyiniz kimi, adi temperaturda elektronlar istilik hərəkətini yerinə yetirmələrinə baxmayaraq, metalın içərisində saxlanılır. Nəticədə, səthin yaxınlığında elektronlara təsir edən və metalın içərisinə yönəldilmiş qüvvələr var. Bunlar kristal qəfəsin elektronları və müsbət ionları arasındakı cazibə nəticəsində yaranan qüvvələrdir. Nəticədə metalların səth qatında elektrik sahəsi yaranır və kosmosdan metala keçərkən potensial müəyyən Dj dəyəri ilə artır. Müvafiq olaraq, elektronun potensial enerjisi e Dj azalır.

Məhdud metal üçün U elektronunun potensial enerjisinin paylanması əncirdə göstərilmişdir. 1.

Məhdud metalda elektron potensial enerji diaqramı U

düyü. 1

Burada W0 metaldan kənarda sükunət halında olan elektronun enerji səviyyəsidir, F Fermi səviyyəsidir (aşağıda hissəciklər sisteminin (fermionlar) bütün vəziyyətlərinin mütləq sıfırda tutulduğu enerji dəyəri), E c elektronun ən aşağı enerjisidir. keçirici elektronlar (keçirici zolağın alt hissəsi). Paylanma potensial quyu formasına malikdir, onun dərinliyi e Dj =W 0 - E c (elektron yaxınlığı); Ф \u003d W 0 - F - termion iş funksiyası (iş funksiyası).

Bir elektronun metaldan qaçması üçün şərt W і W 0, burada W metalın içərisindəki elektronun ümumi enerjisidir.

Otaq temperaturunda bu şərt yalnız elektronların əhəmiyyətsiz hissəsi üçün təmin edilir, yəni metaldan çıxan elektronların sayını artırmaq üçün müəyyən miqdarda iş sərf etmək lazımdır, yəni onlara əlavə metaldan çıxarmaq üçün kifayət qədər enerji, müşahidə elektron emissiya: metal qızdırıldıqda - termion, elektron və ya ionlarla bombalandıqda - ikinci dərəcəli, işıqlandırıldıqda - fotoemissiya.

Termion emissiyasını nəzərdən keçirin.

Əgər isti metalın buraxdığı elektronlar elektrik sahəsi ilə sürətlənirsə, onda onlar cərəyan əmələ gətirirlər. Belə bir elektron cərəyanı molekullar və atomlarla toqquşmaların elektronların hərəkətinə mane olmayan vakuumda əldə etmək olar.

Termion emissiyasını müşahidə etmək üçün iki elektroddan ibarət içi boş lampa xidmət edə bilər: biri odadavamlı materialdan (molibden, volfram və s.) hazırlanmış bir məftil şəklində, cərəyanla qızdırılan (katod), digəri isə soyuq elektroddur. termoelektronları (anod) toplayır. Anod ən çox içərisində bir közərmə katodunun yerləşdiyi silindr şəklini verir.

Termion emissiyasını müşahidə etmək üçün sxemi nəzərdən keçirək (şək. 2).

Termion emissiyasını müşahidə etmək üçün elektrik dövrəsi

düyü. 2

Sxemdə qızdırılan katodu B batareyasının mənfi qütbünə, anod isə onun müsbət qütbünə qoşulmuş D diodundan ibarətdir; D diodundan keçən cərəyanı ölçən milliampermetr mA və katod və anod arasındakı gərginliyi ölçən voltmetr V. Soyuq bir katodla dövrədə cərəyan yoxdur, çünki diodun içərisində yüksək boşaldılmış qaz (vakuum) yüklü hissəcikləri ehtiva etmir. Katod əlavə bir mənbə ilə qızdırılırsa, milliampermetr cərəyanın görünüşünü qeyd edəcəkdir.

Sabit katod temperaturunda diodda termion cərəyanın gücü anod və katod arasındakı potensial fərqin artması ilə artır (bax. Şəkil 3).

Müxtəlif Katod Temperaturlarında Diodun Cari-Gərginlik Xüsusiyyətləri

düyü. 3

Bununla belə, bu asılılıq Ohm qanununa bənzər bir qanunla ifadə edilmir, ona görə cari güc potensial fərqlə mütənasibdir; bu asılılıq daha mürəkkəbdir, qrafik olaraq Şəkil 2-də təqdim olunur, məsələn, əyri 0-1-4 (gərginlik xarakteristikası). Anodun müsbət potensialının artması ilə cərəyan gücü 0-1 əyrisinə uyğun olaraq artır, anod gərginliyinin daha da artması ilə cərəyan gücü diodun doyma cərəyanı adlanan i n müəyyən bir maksimum dəyərə çatır və demək olar ki, anod gərginliyindən asılı olmağı dayandırır (əyri 1-4 bölməsi).

Keyfiyyətcə, diod cərəyanının gərginlikdən bu asılılığı aşağıdakı kimi izah olunur. Potensial fərq sıfır olduqda, dioddan keçən cərəyan da (elektrodlar arasında kifayət qədər məsafə ilə) sıfırdır, çünki katoddan çıxan elektronlar onun yaxınlığında elektron buludu əmələ gətirir və yeni buraxılan enerjini yavaşlatan bir elektrik sahəsi yaradır. elektronlar. Elektronların emissiyası dayanır: metaldan nə qədər elektron ayrılırsa, elektron buludunun əks sahəsinin təsiri altında eyni sayda ona qayıdır. Anod gərginliyinin artması ilə buludda elektronların konsentrasiyası azalır, onun inhibitor təsiri azalır və anod cərəyanı artır.

Diod cərəyanının i anod gərginliyindən asılılığı U formaya malikdir:

burada a elektrodların formasından və yerindən asılı olan əmsaldır.

Bu tənlik 0-1-2-3 əyrisini təsvir edir və Boquslavski-Lanqmur qanunu və ya “3/2 qanunu” adlanır.

Anod potensialı o qədər yüksək olduqda, hər zaman vahidində katoddan çıxan bütün elektronlar anoda dəydikdə, cərəyan maksimum dəyərinə çatır və anod gərginliyindən asılılığını dayandırır.

Katodun temperaturunun artması ilə cərəyan gərginliyi xarakteristikaları 0-1-2-5, 0-1-2-3-6 və s. əyrilərlə təsvir olunur, yəni müxtəlif temperaturlarda dəyərlər doyma cərəyanının fərqli olduğu və temperaturun artması ilə sürətlə artır. Eyni zamanda, doyma cərəyanının təyin olunduğu anod gərginliyi artır.