خلاء جریان الکتریکی را در خلاء شرایط می کند. جریان الکتریکی در خلاء چیست؟

جریان الکتریکی حرکت مرتب بارهای الکتریکی است. می توان آن را به عنوان مثال در رسانایی که یک جسم باردار و بدون بار را به هم متصل می کند به دست آورد. با این حال، به محض اینکه اختلاف پتانسیل بین این اجسام صفر شود، این جریان متوقف خواهد شد. یک جریان سفارشی) همچنین در هادی اتصال صفحات خازن شارژ شده وجود خواهد داشت. در این حالت جریان با خنثی شدن بارهای روی صفحات خازن همراه است و تا صفر شدن اختلاف پتانسیل بین صفحات خازن ادامه می یابد.

این مثال‌ها نشان می‌دهند که جریان الکتریکی در یک رسانا تنها زمانی رخ می‌دهد که پتانسیل‌های متفاوتی در انتهای هادی وجود داشته باشد، یعنی زمانی که میدان الکتریکی در آن وجود داشته باشد.

اما در مثال‌های در نظر گرفته شده، جریان نمی‌تواند طولانی‌مدت باشد، زیرا در فرآیند حرکت بارها، پتانسیل‌های اجسام به سرعت برابر می‌شوند و میدان الکتریکی در هادی ناپدید می‌شود.

بنابراین برای به دست آوردن جریان لازم است پتانسیل های مختلف در انتهای هادی حفظ شود. برای انجام این کار، می توانید بارها را از یک جسم به بدن دیگر از طریق هادی دیگر منتقل کنید و یک مدار بسته برای این کار تشکیل دهید. با این حال، تحت تأثیر نیروهای همان میدان الکتریکی، چنین انتقال بارها غیرممکن است، زیرا پتانسیل جسم دوم کمتر از پتانسیل جسم اول است. بنابراین، انتقال تنها توسط نیروهای با منشا غیر الکتریکی امکان پذیر است. حضور چنین نیروهایی توسط یک منبع جریان موجود در مدار تامین می شود.

نیروهای وارد شده در منبع جریان بار را از جسمی با پتانسیل کمتر به جسمی با پتانسیل بالاتر منتقل می کنند و کار انجام می دهند. بنابراین باید انرژی داشته باشد.

منابع فعلی سلول های گالوانیکی، باتری ها، ژنراتورها و غیره هستند.

بنابراین، شرایط اصلی برای وقوع جریان الکتریکی: وجود یک منبع جریان و یک مدار بسته است.

عبور جریان در مدار با تعدادی پدیده به راحتی قابل مشاهده همراه است. بنابراین، به عنوان مثال، در برخی از مایعات، هنگامی که جریانی از آنها عبور می کند، آزاد شدن ماده ای روی الکترودهای غوطه ور در مایع مشاهده می شود. جریان در گازها اغلب با درخشش گازها و غیره همراه است. جریان الکتریکی در گازها و خلاء توسط فیزیکدان و ریاضیدان برجسته فرانسوی - آندره ماری آمپر (André Marie Ampère) مورد مطالعه قرار گرفت که به لطف او اکنون ماهیت چنین پدیده هایی را می شناسیم.

همانطور که می دانید خلاء بهترین عایق است، یعنی فضایی که هوا از آن خارج می شود.

اما می توان جریان الکتریکی را در خلاء به دست آورد که برای آن لازم است حامل های بار را وارد آن کنیم.

بیایید کشتی را برداریم که هوا از آن خارج می شود. دو صفحه فلزی به این ظرف لحیم می شوند - دو الکترود. یکی از آنها A (آند) به یک منبع جریان مثبت وصل شده است، دیگری K (کاتد) - به یک منبع منفی. ولتاژ بین 80 تا 100 ولت کافی است.

ما یک میلی‌متر حساس را در مدار قرار می‌دهیم. دستگاه هیچ جریانی را نشان نمی دهد. این نشان می دهد که جریان الکتریکی در خلاء وجود ندارد.

بیایید تجربه را تغییر دهیم. به عنوان یک کاتد، ما یک سیم - یک نخ، که انتهای آن به بیرون آمده است - به داخل ظرف لحیم می کنیم. این رشته همچنان کاتد باقی خواهد ماند. با کمک یک منبع جریان دیگر آن را گرم می کنیم. متوجه خواهیم شد که به محض گرم شدن فیلامنت، ابزار متصل به مدار جریان الکتریکی را در خلاء نشان می دهد و هر چه بیشتر باشد، رشته فیلامنت بیشتر گرم می شود. این بدان معنی است که وقتی گرم می شود، رشته از حضور ذرات باردار در خلاء اطمینان حاصل می کند، منبع آنها است.

این ذرات چگونه باردار می شوند؟ تجربه می تواند پاسخ این سوال را بدهد. بیایید قطب های الکترودهای لحیم شده در ظرف را تغییر دهیم - نخ را آند می کنیم و قطب مخالف را - کاتد. و اگرچه رشته گرم می شود و ذرات باردار را به خلاء می فرستد، جریانی وجود ندارد.

نتیجه این است که این ذرات دارای بار منفی هستند زیرا هنگامی که الکترود A بار منفی داشته باشد از آن دفع می شوند.

این ذرات چیست؟

بر اساس تئوری الکترونیکی، الکترون های آزاد در یک فلز در حرکت آشفته ای هستند. هنگامی که نخ گرم می شود، این حرکت افزایش می یابد. در همان زمان، برخی از الکترون‌ها که انرژی کافی برای خروج به دست می‌آورند، از نخ خارج می‌شوند و یک "ابر الکترونی" در اطراف آن تشکیل می‌دهند. هنگامی که یک میدان الکتریکی بین رشته و آند تشکیل می‌شود، الکترون‌ها به سمت الکترود A پرواز می‌کنند، اگر به قطب مثبت باتری متصل باشد، و اگر به قطب منفی متصل شود، به سمت رشته دفع می‌شوند. ، دارای باری همنام با الکترون ها است.

بنابراین، جریان الکتریکی در خلاء یک جریان هدایت شده از الکترون ها است.

در این درس، ما به مطالعه جریان جریان ها در رسانه های مختلف، به طور خاص، در خلاء ادامه می دهیم. ما مکانیسم تشکیل بارهای رایگان را در نظر خواهیم گرفت، دستگاه های فنی اصلی که بر اساس اصول جریان در خلاء کار می کنند را در نظر خواهیم گرفت: یک دیود و یک لوله اشعه کاتدی. ما همچنین ویژگی های اصلی پرتوهای الکترونی را نشان می دهیم.

نتیجه آزمایش به شرح زیر توضیح داده شده است: در نتیجه گرمایش، فلز شروع به انتشار الکترون از ساختار اتمی خود می کند، به قیاس با انتشار مولکول های آب در طول تبخیر. فلز گرم شده ابر الکترونی را احاطه کرده است. این پدیده را گسیل ترمیونی می نامند.

برنج. 2. طرح آزمایش ادیسون

ویژگی پرتوهای الکترونی

در فناوری، استفاده از به اصطلاح پرتوهای الکترونی از اهمیت بالایی برخوردار است.

تعریف.پرتو الکترونی جریانی از الکترون است که طول آن بسیار بیشتر از عرض آن است. دریافت آن بسیار آسان است. کافی است یک لوله خلاء که جریان از آن عبور می کند بردارید و سوراخی در آند ایجاد کنید که الکترون های پراکنده به سمت آن می روند (به اصطلاح تفنگ الکترونی) (شکل 3).

برنج. 3. تفنگ الکترونی

پرتوهای الکترونی تعدادی ویژگی کلیدی دارند:

در نتیجه وجود انرژی جنبشی بالا، آنها بر روی ماده ای که به آن برخورد می کنند تأثیر گرمایی دارند. از این خاصیت در جوشکاری الکترونیکی استفاده می شود. هنگامی که حفظ خلوص مواد مهم است، به عنوان مثال، هنگام جوشکاری نیمه هادی ها، جوش الکترونیکی ضروری است.

• هنگام برخورد با فلزات، پرتوهای الکترونی، کاهش سرعت، پرتوهای ایکس مورد استفاده در پزشکی و فناوری را ساطع می کنند (شکل 4).

برنج. 4. تصویری که با استفاده از اشعه ایکس گرفته شده است ()

• هنگامی که یک پرتو الکترونی به موادی به نام فسفر برخورد می کند، درخششی رخ می دهد که باعث می شود صفحه هایی ایجاد شود که به نظارت بر حرکت پرتو کمک می کند، البته با چشم غیرمسلح نامرئی.
• توانایی کنترل حرکت پرتوها با استفاده از میدان های الکتریکی و مغناطیسی.

لازم به ذکر است که دمایی که در آن می توان انتشار ترمیونی به دست آورد نمی تواند از دمایی که در آن ساختار فلزی از بین می رود بیشتر شود.

در ابتدا، ادیسون از ساختار زیر برای بدست آوردن جریان در خلاء استفاده کرد. یک هادی موجود در مدار در یک طرف لوله خلاء و یک الکترود با بار مثبت در طرف دیگر قرار داده شد (شکل 5 را ببینید):

برنج. 5

در نتیجه عبور جریان از هادی، شروع به گرم شدن می کند و الکترون هایی منتشر می کند که به سمت الکترود مثبت جذب می شوند. در پایان حرکت هدایت شده الکترون ها وجود دارد که در واقع یک جریان الکتریکی است. با این حال، تعداد الکترون‌هایی که به این ترتیب گسیل می‌شوند بسیار کم است و جریان بسیار کمی را برای هر استفاده ای می‌دهد. این مشکل را می توان با اضافه کردن یک الکترود دیگر برطرف کرد. چنین الکترود پتانسیل منفی، الکترود رشته ای غیر مستقیم نامیده می شود. با استفاده از آن، تعداد الکترون های متحرک چندین برابر افزایش می یابد (شکل 6).

برنج. 6. استفاده از شمع تابش غیر مستقیم

لازم به ذکر است که رسانایی جریان در خلاء مانند فلزات - الکترونیکی است. اگرچه مکانیسم ظهور این الکترون های آزاد کاملاً متفاوت است.

بر اساس پدیده انتشار ترمیونی، دستگاهی به نام دیود خلاء ایجاد شد (شکل 7).

برنج. 7. تعیین دیود خلاء در مدار الکتریکی

دیود خلاء

بیایید نگاهی دقیق تر به دیود خلاء بیندازیم. دو نوع دیود وجود دارد: دیود با رشته و آند و دیود با رشته، آند و کاتد. اولین دیود رشته مستقیم نامیده می شود، دوم - رشته غیر مستقیم. در فناوری، از هر دو نوع اول و دوم استفاده می شود، با این حال، دیود رشته مستقیم دارای چنین اشکالی است که هنگام گرم شدن، مقاومت نخ تغییر می کند، که مستلزم تغییر در جریان از طریق دیود است. و از آنجایی که برخی از عملیات با استفاده از دیودها نیاز به جریان کاملاً ثابت دارند، استفاده از دیودهای نوع دوم مناسب تر است.

در هر دو مورد، دمای رشته برای انتشار کارآمد باید باشد .

دیودها برای اصلاح جریان های متناوب استفاده می شوند. اگر از دیود برای تبدیل جریان های صنعتی استفاده شود، به آن کنوترون می گویند.

الکترود واقع در نزدیکی عنصر ساطع کننده الکترون را کاتد () و دیگری آند () نامیده می شود. در صورت اتصال صحیح، با افزایش ولتاژ، جریان افزایش می یابد. با اتصال معکوس، جریان به هیچ وجه جریان نخواهد داشت (شکل 8). به این ترتیب، دیودهای خلاء به طور مطلوبی با دیودهای نیمه هادی مقایسه می شوند، که در آنها، با روشن شدن مجدد، جریان، اگرچه حداقل، وجود دارد. با توجه به این خاصیت، از دیودهای خلاء برای اصلاح جریان های متناوب استفاده می شود.

برنج. 8. مشخصه جریان-ولتاژ دیود خلاء

دستگاه دیگری که بر اساس فرآیندهای جریان جریان در خلاء ایجاد می شود یک تریود الکتریکی است (شکل 9). طراحی آن با دیود با وجود الکترود سوم به نام شبکه متفاوت است. همچنین بر اساس اصول جریان در خلاء، ابزاری مانند لوله اشعه کاتدی است که بخش اصلی ابزارهایی مانند اسیلوسکوپ و تلویزیون های لوله ای را تشکیل می دهد.

برنج. 9. نمودار تریود خلاء

لامپ پرتوی کاتدی

همانطور که در بالا ذکر شد، بر اساس خواص انتشار جریان در خلاء، دستگاه مهمی مانند لوله پرتو کاتدی طراحی شد. او در قلب کار خود از خواص پرتوهای الکترونی استفاده می کند. ساختار این دستگاه را در نظر بگیرید. لوله اشعه کاتدی از یک فلاسک خلاء با یک پسوند، یک تفنگ الکترونی، دو کاتد و دو جفت الکترود عمود بر هم تشکیل شده است (شکل 10).

برنج. 10. ساختار یک لوله اشعه کاتدی

اصل کار به شرح زیر است: الکترون های ساطع شده از تفنگ در نتیجه انتشار ترمیونی به دلیل پتانسیل مثبت در آندها شتاب می گیرند. سپس با اعمال ولتاژ مورد نظر به جفت الکترودهای کنترلی می توانیم پرتو الکترونی را به دلخواه به صورت افقی و عمودی منحرف کنیم. پس از آن، پرتو هدایت شده روی صفحه فسفر می افتد که به ما امکان می دهد تصویر مسیر پرتو را روی آن ببینیم.

لوله اشعه کاتدی در ابزاری به نام اسیلوسکوپ (شکل 11) که برای مطالعه سیگنال های الکتریکی طراحی شده است، و در تلویزیون های حرکت سنجی استفاده می شود، با این استثنا که در آنجا پرتوهای الکترونی توسط میدان های مغناطیسی کنترل می شوند.

برنج. 11. اسیلوسکوپ ()

در درس بعدی، عبور جریان الکتریکی در مایعات را تجزیه و تحلیل خواهیم کرد.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. فیزیک (سطح پایه) - M.: Mnemozina، 2012.
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I. فیزیک پایه 10. - م.: ایلکسا، 2005.
3. Myakishev G.Ya.، Sinyakov A.Z.، Slobodskov B.A. فیزیک. الکترودینامیک. - م.: 2010.

1. Physics.kgsu.ru ().
2. Cathedral.narod.ru ().

مشق شب

1. انتشار الکترونیکی چیست؟
2. راه های کنترل پرتوهای الکترونی چیست؟
3. رسانایی یک نیمه هادی چگونه به دما بستگی دارد؟
4. الکترود رشته ای غیر مستقیم برای چه مواردی استفاده می شود؟
5. *ویژگی اصلی دیود خلاء چیست؟ به چه دلیل است؟

جریان الکتریکی نه تنها در فلزات، بلکه در خلاء، به عنوان مثال، در لوله های رادیویی، در لوله های پرتو کاتدی نیز می تواند تشکیل شود. اجازه دهید ماهیت جریان در خلاء را دریابیم.

فلزات دارای تعداد زیادی الکترون آزاد با حرکت تصادفی هستند. هنگامی که یک الکترون به سطح فلز نزدیک می شود، نیروهای جاذبه ای که از سمت یون های مثبت بر روی آن وارد می شوند و به سمت داخل هدایت می شوند، از خروج الکترون از فلز جلوگیری می کنند. کاری که باید برای حذف الکترون از فلز در خلاء انجام شود نامیده می شود خروج از کاربرای فلزات مختلف متفاوت است. بنابراین، برای تنگستن برابر است با 7.2 * 10 -19 j.اگر انرژی الکترون کمتر از تابع کار باشد، نمی تواند فلز را ترک کند. تعداد زیادی الکترون حتی در دمای اتاق وجود دارد که انرژی آنها خیلی بیشتر از تابع کار نیست. پس از خروج از فلز، برای فاصله کوتاهی از آن فاصله می گیرند و تحت تأثیر نیروهای جاذبه یون ها، به فلز باز می گردند که در نتیجه لایه نازکی از الکترون های خروجی و برگشتی در نزدیکی فلز تشکیل می شود. سطحی که در تعادل دینامیکی هستند. به دلیل از دست دادن الکترون ها، سطح فلز دارای بار مثبت می شود.

برای اینکه الکترون فلز را ترک کند، باید در برابر نیروهای دافعه میدان الکتریکی لایه الکترونی و در برابر نیروهای میدان الکتریکی سطح بار مثبت فلز کار کند (شکل 85. a). در دمای اتاق، تقریباً هیچ الکترونی وجود ندارد که بتواند از لایه دو باردار فرار کند.

برای اینکه الکترون ها از لایه دوگانه به بیرون پرواز کنند، باید انرژی بسیار بیشتر از تابع کار داشته باشند. برای انجام این کار، انرژی از بیرون به الکترون ها منتقل می شود، مثلاً با گرم کردن. گسیل الکترون ها توسط جسم گرم شده را گسیل ترمیونی می گویند.این یکی از شواهد وجود الکترون آزاد در فلز است.

پدیده گسیل ترمیونی را می توان در چنین آزمایشی مشاهده کرد. پس از شارژ مثبت الکترومتر (از یک میله شیشه ای برق دار)، آن را با یک هادی به الکترود A یک لامپ خلاء نمایشی متصل می کنیم (شکل 85، ب). الکترومتر تخلیه نمی شود. پس از بستن مدار، نخ K را می درخشیم. می بینیم که سوزن الکترومتر می افتد - الکترومتر تخلیه می شود. الکترون های ساطع شده توسط رشته گرم شده به سمت الکترود A با بار مثبت جذب شده و بار آن را خنثی می کنند. جریان ترموالکترون از رشته به الکترود A تحت تأثیر میدان الکتریکی جریان الکتریکی را در خلاء تشکیل داد.

اگر الکترومتر بار منفی داشته باشد، در چنین آزمایشی تخلیه نمی شود. الکترون هایی که از رشته خارج می شوند دیگر توسط الکترود A جذب نمی شوند، بلکه برعکس از آن دفع می شوند و به رشته باز می گردند.

بیایید مدار الکتریکی را جمع آوری کنیم (شکل 86). با یک نخ گرم نشده K، مدار بین آن و الکترود A باز است - سوزن گالوانومتر در صفر است. در مدار آن جریانی وجود ندارد. با بستن کلید، رشته را گرم می کنیم. جریانی از مدار گالوانومتر عبور کرد، زیرا ترموالکترون‌ها مدار بین رشته و الکترود A را می‌بندند و در نتیجه یک جریان الکتریکی در خلاء تشکیل می‌دهند. جریان الکتریکی در خلاء جریان هدایت شده از الکترون ها تحت تأثیر میدان الکتریکی است.سرعت حرکت جهت‌دار الکترون‌هایی که در خلاء جریان ایجاد می‌کنند میلیاردها بار بیشتر از سرعت حرکت هدایت‌شده الکترون‌هایی است که در فلزات جریان ایجاد می‌کنند. بنابراین، سرعت جریان الکترون ها در آند لامپ های یک گیرنده رادیویی به چند هزار کیلومتر در ثانیه می رسد.

این یک خلاصه کوتاه است.

کار بر روی نسخه کامل ادامه دارد

سخنرانی20

جریان در خلاء

1. نکته ای در مورد خلاء

هیچ جریان الکتریکی در خلاء وجود ندارد، زیرا هیچ ذره ای در خلاء ترمودینامیکی وجود ندارد.

با این حال، بهترین خلاء به دست آمده در عمل است

,

آن ها تعداد زیادی ذرات

با این وجود، هنگامی که در مورد جریان در خلاء صحبت می شود، منظور آنها خلاء ایده آل در مفهوم ترمودینامیکی است، یعنی. عدم وجود کامل ذرات ذرات به دست آمده از هر منبعی مسئول جریان جریان هستند.

2. عملکرد کار

همانطور که می دانید در فلزات یک گاز الکترونی وجود دارد که با نیروی جاذبه به شبکه کریستالی نگه داشته می شود. در شرایط عادی، انرژی الکترون ها زیاد نیست، بنابراین در داخل کریستال نگهداری می شوند.

اگر از موقعیت های کلاسیک به گاز الکترون نزدیک شویم، یعنی. در نظر بگیرید که از توزیع ماکسول-بولتزمن تبعیت می کند، پس واضح است که نسبت زیادی از ذراتی وجود دارد که سرعت آنها بالاتر از حد متوسط ​​است. در نتیجه، این ذرات انرژی کافی برای شکستن کریستال و تشکیل یک ابر الکترونی در نزدیکی آن را دارند.

سطح فلز دارای بار مثبت است. یک لایه دوتایی تشکیل می شود که از حذف الکترون ها از سطح جلوگیری می کند. بنابراین، برای حذف یک الکترون، لازم است که انرژی اضافی به آن منتقل شود.

تعریف: تابع کار الکترون های فلزی انرژی که باید به الکترون داده شود تا آن را از سطح فلز تا بی نهایت در حالت صفر حذف کند.Eک.

برای فلزات مختلف، عملکرد کار متفاوت است.

فلز	تابع کار، eV
	1,81

3. انتشار الکترونیکی.

در شرایط عادی، انرژی الکترون ها بسیار کم است و در داخل هادی محدود می شوند. راه هایی برای انتقال انرژی اضافی به الکترون ها وجود دارد. پدیده گسیل الکترون تحت تأثیر خارجی، گسیل الکترون نامیده می شود و توسط ادیسون در سال 1887 کشف شد. بسته به روش انتقال انرژی، 4 نوع انتشار متمایز می شود:

1. انتشار ترمیونیک (TEE)، روش - تامین گرما (گرمایش).

2. انتشار فوتوالکترونیک (PEE)، روش - روشنایی.

3. انتشار الکترون ثانویه (SEE)، روش - بمباران ذرات.

4. انتشار خودکار (AEE)، روش - میدان الکتریکی قوی.

4. انتشار میدانی

تحت عمل یک میدان الکتریکی قوی، الکترون ها می توانند از سطح فلز فرار کنند.

این بزرگی کشش برای بیرون کشیدن یک الکترون کافی است.

این پدیده را نشر سرد می نامند. اگر میدان به اندازه کافی قوی باشد، تعداد الکترون ها می تواند زیاد شود، و در نتیجه، جریان می تواند زیاد باشد. طبق قانون ژول لنز، مقدار زیادی گرما آزاد می شود و AEE می تواند به TEE تبدیل شود.

5. انتشار فوتوالکترونیک (PEE)

پدیده اثر فوتوالکتریک برای مدت طولانی شناخته شده است، به "اپتیک" مراجعه کنید.

6. گسیل الکترون ثانویه (SEE)

این پدیده در ضرب فوتوالکترون (PMT) استفاده می شود.

در طول عملیات، افزایش بهمن مانند در تعداد الکترون ها رخ می دهد. برای ثبت سیگنال های نور ضعیف استفاده می شود.

7. دیود خلاء.

برای مطالعه TEE از دستگاهی به نام دیود خلاء استفاده می شود. اغلب، از نظر ساختاری، از دو سیلندر کواکسیال تشکیل شده است که در یک فلاسک خلاء شیشه ای قرار می گیرند.

کاتد توسط جریان الکتریکی به طور مستقیم یا غیر مستقیم گرم می شود. با مستقیم - جریان از خود کاتد عبور می کند ، با غیر مستقیم - یک هادی اضافی در داخل کاتد قرار می گیرد - یک رشته. گرمایش تا دمای به اندازه کافی بالا رخ می دهد، بنابراین کاتد پیچیده می شود. پایه یک ماده نسوز (تنگستن) و پوشش ماده ای با عملکرد کم (سزیم) است.

دیود به عناصر غیر خطی اشاره دارد، یعنی. از قانون اهم پیروی نمی کند. می گویند دیود عنصری با رسانایی یک طرفه است. بیشتر CVC یک دیود توسط قانون بوگوسلاوسکی لانگمویر یا قانون 3/2 توصیف می شود.

با افزایش دمای رشته، مشخصه I-V به سمت بالا تغییر می کند و جریان اشباع افزایش می یابد. وابستگی چگالی جریان اشباع به دما توسط قانون ریچاردسون-دشمن توصیف شده است

برای به دست آوردن این فرمول می توان از روش های آمار کوانتومی استفاده کردپایان= ببرای همه فلزات یکسان است. آزمایش نشان می دهد که ثابت ها ناهمسان.

8. یکسو کننده نیمه موج

9. موج کاملیکسو کننده (به طور مستقل).

10. کاربرد لامپ.

از مزایای لامپ ها می توان به

· سهولت کنترل جریان الکترون ها،

· قدرت بزرگ،

· بخش بزرگی از CVC تقریبا خطی.

· لوله ها در تقویت کننده های قدرتمند استفاده می شوند.

معایب عبارتند از:

راندمان پایین،

· مصرف انرژی بالا

جریان الکتریکی در خلاء

خلاء حالتی از گاز است که فشار آن کمتر از فشار اتمسفر است. خلاء کم، متوسط ​​و زیاد را تشخیص دهید.

برای ایجاد یک خلاء بالا، نادر سازی لازم است، که برای آن، در گازی که باقی می ماند، میانگین مسیر آزاد مولکول ها بیشتر از اندازه ظرف یا فاصله بین الکترودهای ظرف است. در نتیجه، اگر خلاء در رگ ایجاد شود، مولکول‌های موجود در آن تقریباً با یکدیگر برخورد نمی‌کنند و آزادانه در فضای بین الکترودی پرواز می‌کنند. در این حالت آنها فقط با الکترودها یا با دیواره رگ برخورد می کنند.

برای اینکه جریان در خلاء وجود داشته باشد، لازم است منبعی از الکترون های آزاد در خلاء قرار گیرد. بیشترین غلظت الکترون آزاد در فلزات. اما در دمای اتاق، آنها نمی توانند فلز را ترک کنند، زیرا توسط نیروهای جاذبه کولن یون های مثبت در آن نگه داشته می شوند. برای غلبه بر این نیروها، یک الکترون باید مقدار معینی انرژی مصرف کند تا از سطح فلز خارج شود که به آن تابع کار می گویند.

اگر انرژی جنبشی یک الکترون از تابع کار بیشتر یا برابر باشد، آنگاه سطح فلز را ترک کرده و آزاد می شود.

فرآیند گسیل الکترون از سطح فلز را گسیل می گویند. بسته به نحوه انتقال انرژی مورد نیاز به الکترون ها، انواع مختلفی از انتشار وجود دارد. یکی از آنها انتشار ترموالکترونیک است.

Ø گسیل الکترون ها توسط اجسام گرم شده را گسیل ترموالکترونیک می گویند.

پدیده انتشار ترمیونی منجر به این واقعیت می شود که یک الکترود فلزی گرم شده به طور مداوم الکترون ساطع می کند. الکترون ها یک ابر الکترونی را در اطراف الکترود تشکیل می دهند. در این حالت، الکترود دارای بار مثبت است و تحت تأثیر میدان الکتریکی ابر باردار، الکترون های ابر تا حدی به الکترود باز می گردند.

در حالت تعادل، تعداد الکترون هایی که در یک ثانیه الکترود را ترک می کنند برابر است با تعداد الکترون هایی که در این مدت به الکترود باز می گردند.

2. جریان الکتریکی در خلاء

برای وجود جریان، دو شرط باید وجود داشته باشد: وجود ذرات باردار آزاد و میدان الکتریکی. برای ایجاد این شرایط دو الکترود (کاتد و آند) در بالون قرار داده شده و هوا از بالون خارج می شود. در نتیجه گرم شدن کاتد، الکترون ها از آن خارج می شوند. یک پتانسیل منفی به کاتد اعمال می شود و یک پتانسیل مثبت به آند اعمال می شود.

جریان الکتریکی در خلاء یک حرکت هدایت شده از الکترون ها است که در نتیجه گسیل ترمیونی تولید می شود.

3. دیود خلاء

یک دیود خلاء مدرن از یک استوانه شیشه ای یا سرامیکی-فلزی تشکیل شده است که از آن هوا تا فشار 10-7 میلی متر جیوه تخلیه می شود. هنر دو الکترود به بالون لحیم می‌شوند که یکی از آنها - کاتد - شکل یک استوانه فلزی عمودی دارد که از تنگستن ساخته شده و معمولاً با لایه‌ای از اکسیدهای فلزی خاک قلیایی پوشانده شده است.

یک هادی عایق در داخل کاتد قرار دارد که با جریان متناوب گرم می شود. کاتد گرم شده الکترون هایی را ساطع می کند که به آند می رسند. آند لامپ یک استوانه گرد یا بیضی شکل است که دارای یک محور مشترک با کاتد است.

رسانایی یک طرفه دیود خلاء به این دلیل است که در اثر گرم شدن، الکترون ها از کاتد داغ خارج شده و به سمت آند سرد حرکت می کنند. الکترون ها فقط می توانند از طریق دیود از کاتد به آند حرکت کنند (یعنی جریان الکتریکی فقط می تواند در جهت مخالف جریان یابد: از آند به کاتد).

شکل مشخصه جریان-ولتاژ یک دیود خلاء را بازتولید می کند (مقدار ولتاژ منفی مربوط به حالتی است که پتانسیل کاتد بالاتر از پتانسیل آند باشد، یعنی میدان الکتریکی "سعی می کند" الکترون ها را به کاتد بازگرداند) .

برای اصلاح جریان متناوب از دیودهای خلاء استفاده می شود. اگر یک الکترود (شبکه) بیشتر بین کاتد و آند قرار گیرد، حتی یک تغییر جزئی در ولتاژ بین شبکه و کاتد به طور قابل توجهی بر جریان آند تأثیر می گذارد. چنین لوله خلاء (تریود) به شما امکان می دهد سیگنال های الکتریکی ضعیف را تقویت کنید. بنابراین، برای مدتی این لامپ ها عناصر اصلی دستگاه های الکترونیکی بودند.

4. لوله اشعه کاتدی

جریان الکتریکی در خلاء در یک لوله اشعه کاتدی (CRT) استفاده می شد که بدون آن برای مدت طولانی تصور تلویزیون یا اسیلوسکوپ غیرممکن بود.

شکل یک نمای ساده از طراحی یک CRT را نشان می دهد.

"تفنگ" الکترونی در گردن لوله کاتد است که پرتو شدیدی از الکترون را ساطع می کند. سیستم خاصی از سیلندرها با سوراخ (1) این پرتو را متمرکز می کند و آن را باریک می کند. هنگامی که الکترون ها به صفحه (4) برخورد می کنند، شروع به درخشش می کند. جریان الکترون را می توان با استفاده از صفحات عمودی (2) یا افقی (3) کنترل کرد.

انرژی قابل توجهی می تواند به الکترون ها در خلاء منتقل شود. از پرتوهای الکترونی حتی می توان برای ذوب فلزات در خلاء استفاده کرد.