Վակուումը պայմանավորում է էլեկտրական հոսանքը վակուումում: Ինչ է էլեկտրական հոսանքը վակուումում

Էլեկտրական հոսանքը էլեկտրական լիցքերի պատվիրված շարժումն է։ Այն կարելի է ձեռք բերել, օրինակ, հաղորդիչում, որը միացնում է լիցքավորված և չլիցքավորված մարմինը։ Այնուամենայնիվ, այս հոսանքը կդադարի, հենց որ այդ մարմինների միջև պոտենցիալ տարբերությունը զրոյանա։ Պատվիրված հոսանք) գոյություն կունենա նաև լիցքավորված կոնդենսատորի թիթեղները միացնող հաղորդիչում: Այս դեպքում հոսանքն ուղեկցվում է կոնդենսատորի թիթեղների լիցքերի չեզոքացմամբ և շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև կոնդենսատորի թիթեղների միջև պոտենցիալ տարբերությունը զրոյականանա։

Այս օրինակները ցույց են տալիս, որ հաղորդիչում էլեկտրական հոսանք առաջանում է միայն այն դեպքում, երբ հաղորդիչի ծայրերում կան տարբեր պոտենցիալներ, այսինքն՝ երբ դրա մեջ էլեկտրական դաշտ կա։

Բայց դիտարկված օրինակներում հոսանքը չի կարող երկարաժամկետ լինել, քանի որ լիցքերի շարժման գործընթացում մարմինների պոտենցիալները արագորեն հավասարվում են, և էլեկտրական դաշտը հաղորդիչում անհետանում է:

Հետեւաբար, հոսանք ստանալու համար անհրաժեշտ է պահպանել տարբեր պոտենցիալներ հաղորդիչի ծայրերում: Դա անելու համար դուք կարող եք լիցքեր տեղափոխել մի մարմնից մյուսը հետ մեկ այլ դիրիժորի միջոցով՝ դրա համար ձևավորելով փակ միացում: Այնուամենայնիվ, նույն էլեկտրական դաշտի ուժերի ազդեցության տակ լիցքերի նման փոխանցումն անհնար է, քանի որ երկրորդ մարմնի պոտենցիալը ավելի փոքր է, քան առաջինի ներուժը: Հետեւաբար, փոխանցումը հնարավոր է միայն ոչ էլեկտրական ծագման ուժերով։ Նման ուժերի առկայությունը ապահովվում է միացումում ներառված ընթացիկ աղբյուրով:

Ընթացիկ աղբյուրում գործող ուժերը լիցք են փոխանցում ավելի ցածր պոտենցիալ ունեցող մարմնից ավելի մեծ պոտենցիալ ունեցող մարմին և կատարում են աշխատանք: Հետեւաբար, այն պետք է էներգիա ունենա։

Ընթացիկ աղբյուրներն են գալվանական բջիջները, մարտկոցները, գեներատորները և այլն:

Այսպիսով, էլեկտրական հոսանքի առաջացման հիմնական պայմանները `հոսանքի աղբյուրի և փակ շղթայի առկայությունը:

Շղթայում հոսանքի անցումը ուղեկցվում է մի շարք հեշտությամբ դիտելի երևույթներով։ Այսպիսով, օրինակ, որոշ հեղուկներում, երբ դրանց միջով հոսանք է անցնում, հեղուկի մեջ ընկղմված էլեկտրոդների վրա նկատվում է նյութի արտազատում։ Գազերում հոսանքը հաճախ ուղեկցվում է գազերի փայլով և այլն: Էլեկտրական հոսանքը գազերում և վակուումում ուսումնասիրել է ֆրանսիացի ականավոր ֆիզիկոս և մաթեմատիկոս Անդրե Մարի Ամպերը, ում շնորհիվ մենք այժմ գիտենք նման երևույթների բնույթը:

Ինչպես գիտեք, վակուումը լավագույն մեկուսիչն է, այսինքն՝ այն տարածությունը, որտեղից օդը դուրս է մղվում։

Բայց հնարավոր է էլեկտրական հոսանք ստանալ վակուումում, որի համար անհրաժեշտ է լիցքակիրներ ներմուծել դրա մեջ։

Վերցնենք մի անոթ, որից օդը դուրս է մղվում։ Այս նավի մեջ զոդված են երկու մետաղական թիթեղներ՝ երկու էլեկտրոդ: Դրանցից մեկը A (անոդ) միացված է դրական հոսանքի աղբյուրին, մյուսը K (կաթոդ)՝ բացասականին։ Միջեւ լարումը բավարար է 80-100 Վ կիրառելու համար:

Շղթայում մենք ներառում ենք զգայուն միլիամերաչափ: Սարքը հոսանք չի ցույց տալիս; սա ցույց է տալիս, որ էլեկտրական հոսանք գոյություն չունի վակուումում:

Եկեք փոխենք փորձը: Որպես կաթոդ՝ անոթի մեջ մենք զոդում ենք մետաղալար՝ թել, ծայրերով դեպի դուրս դուրս բերված։ Այս թելիկը դեռ կմնա կաթոդ: Մեկ այլ հոսանքի աղբյուրի օգնությամբ մենք այն տաքացնում ենք։ Կնկատենք, որ հենց թելիկը տաքացվի, շղթային միացված գործիքը ցույց է տալիս էլեկտրական հոսանք վակուումում, և որքան մեծ է, այնքան ավելի տաքանում է թելիկը։ Սա նշանակում է, որ թելիկը տաքացնելիս ապահովում է լիցքավորված մասնիկների առկայությունը վակուումում, դա դրանց աղբյուրն է։

Ինչպե՞ս են լիցքավորված այս մասնիկները: Փորձը կարող է տալ այս հարցի պատասխանը։ Եկեք փոխենք անոթի մեջ զոդված էլեկտրոդների բևեռները՝ թելը կդարձնենք անոդ, իսկ հակառակ բևեռը՝ կաթոդ։ Եվ չնայած թելիկը տաքացվում է և լիցքավորված մասնիկներ է ուղարկում վակուում, հոսանք չկա:

Այստեղից հետևում է, որ այդ մասնիկները բացասական լիցքավորված են, քանի որ դրանք վանվում են A էլեկտրոդից, երբ այն բացասական լիցքավորված է:

Որո՞նք են այս մասնիկները:

Ըստ էլեկտրոնային տեսության՝ մետաղի ազատ էլեկտրոնները քաոսային շարժման մեջ են։ Երբ թելը տաքացվում է, այս շարժումը մեծանում է։ Միևնույն ժամանակ, որոշ էլեկտրոններ, ձեռք բերելով բավականաչափ էներգիա դուրս գալու համար, դուրս են թռչում թելից՝ դրա շուրջ ձևավորելով «էլեկտրոնային ամպ»։ Երբ թելքի և անոդի միջև էլեկտրական դաշտ է ձևավորվում, էլեկտրոնները թռչում են դեպի A էլեկտրոդը, եթե այն միացված է մարտկոցի դրական բևեռին, և հետ են շպրտվում դեպի թելիկը, եթե այն կցված է բացասական բևեռին, այսինքն. , ունի էլեկտրոնների համանուն լիցք։

Այսպիսով, վակուումում էլեկտրական հոսանքը էլեկտրոնների ուղղորդված հոսք է:

Այս դասում մենք շարունակում ենք ուսումնասիրել հոսանքների հոսքը տարբեր լրատվամիջոցներում, մասնավորապես, վակուումում: Մենք կդիտարկենք անվճար լիցքերի ձևավորման մեխանիզմը, կդիտարկենք վակուումում հոսանքի սկզբունքներով գործող հիմնական տեխնիկական սարքերը՝ դիոդ և կաթոդային խողովակ։ Մենք նաև նշում ենք էլեկտրոնային ճառագայթների հիմնական հատկությունները:

Փորձի արդյունքը բացատրվում է այսպես՝ տաքացման արդյունքում մետաղը սկսում է էլեկտրոններ արտանետել իր ատոմային կառուցվածքից՝ գոլորշիացման ժամանակ ջրի մոլեկուլների արտանետման անալոգիայով։ Տաքացվող մետաղը շրջապատում է էլեկտրոնային ամպը։ Այս երեւույթը կոչվում է թերմիոնային արտանետում։

Բրինձ. 2. Էդիսոնի փորձի սխեման

Էլեկտրոնային ճառագայթների հատկությունը

Տեխնոլոգիայում մեծ նշանակություն ունի այսպես կոչված էլեկտրոնային ճառագայթների օգտագործումը։

Սահմանում.Էլեկտրոնային ճառագայթը էլեկտրոնների հոսք է, որի երկարությունը շատ ավելի մեծ է, քան լայնությունը: Ստանալը բավականին հեշտ է: Բավական է վերցնել վակուումային խողովակ, որով անցնում է հոսանքը, և անոդում անցք անել, դեպի ուր գնում են ցրված էլեկտրոնները (այսպես կոչված՝ էլեկտրոնային ատրճանակ) (նկ. 3)։

Բրինձ. 3. Էլեկտրոնային ատրճանակ

Էլեկտրոնային ճառագայթներն ունեն մի շարք հիմնական հատկություններ.

Բարձր կինետիկ էներգիայի առկայության արդյունքում դրանք ջերմային ազդեցություն են ունենում այն ​​նյութի վրա, որի մեջ բախվում են։ Այս հատկությունը օգտագործվում է էլեկտրոնային եռակցման մեջ: Էլեկտրոնային եռակցումը անհրաժեշտ է, երբ կարևոր է նյութերի մաքրության պահպանումը, օրինակ՝ կիսահաղորդիչների եռակցման ժամանակ:

• Մետաղների հետ բախվելիս էլեկտրոնային ճառագայթները, դանդաղելով, արձակում են բժշկության և տեխնիկայի մեջ օգտագործվող ռենտգենյան ճառագայթներ (նկ. 4):

Բրինձ. 4. Ռենտգենյան ճառագայթների միջոցով արված նկար ()

• Երբ էլեկտրոնային ճառագայթը հարվածում է որոշ նյութերի, որոնք կոչվում են ֆոսֆոր, առաջանում է փայլ, ինչը հնարավորություն է տալիս ստեղծել էկրաններ, որոնք օգնում են վերահսկել ճառագայթի շարժումը, իհարկե, անտեսանելի անզեն աչքով:
• Էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի միջոցով ճառագայթների շարժումը վերահսկելու ունակություն:

Պետք է նշել, որ ջերմաստիճանը, որով կարելի է հասնել թերմիոնային արտանետումների, չի կարող գերազանցել այն ջերմաստիճանը, որի դեպքում մետաղական կառուցվածքը ոչնչացվում է:

Սկզբում Էդիսոնը օգտագործեց հետևյալ կառուցվածքը՝ վակուումում հոսանք ստանալու համար. Վակուումային խողովակի մի կողմում տեղադրվել է շղթայում ներառված հաղորդիչը, մյուս կողմից՝ դրական լիցքավորված էլեկտրոդը (տես նկ. 5):

Բրինձ. 5

Հաղորդիչով հոսանքի անցման արդյունքում այն ​​սկսում է տաքանալ՝ արտանետելով էլեկտրոններ, որոնք ձգվում են դեպի դրական էլեկտրոդը։ Ի վերջո, տեղի է ունենում էլեկտրոնների ուղղորդված շարժում, որն, ըստ էության, էլեկտրական հոսանք է։ Այնուամենայնիվ, այսպիսով արտանետվող էլեկտրոնների թիվը չափազանց փոքր է, ինչը շատ քիչ հոսանք է տալիս ցանկացած օգտագործման համար: Այս խնդիրը կարելի է հաղթահարել՝ ավելացնելով եւս մեկ էլեկտրոդ։ Նման բացասական պոտենցիալ էլեկտրոդը կոչվում է անուղղակի շիկացած էլեկտրոդ: Դրա կիրառմամբ շարժվող էլեկտրոնների թիվը բազմիցս ավելանում է (նկ. 6):

Բրինձ. 6. Օգտագործելով անուղղակի շիկացման խցան

Հարկ է նշել, որ վակուումում հոսանքի հաղորդունակությունը նույնն է, ինչ մետաղներինը՝ էլեկտրոնային: Չնայած այս ազատ էլեկտրոնների առաջացման մեխանիզմը բոլորովին այլ է։

Թերմիոնային արտանետման ֆենոմենի հիման վրա ստեղծվել է վակուումային դիոդ կոչվող սարք (նկ. 7)։

Բրինձ. 7. Վակուումային դիոդի նշանակումը էլեկտրական շղթայի վրա

վակուումային դիոդ

Եկեք ավելի սերտ նայենք վակուումային դիոդին: Կան երկու տեսակի դիոդներ՝ դիոդ՝ թելիկով և անոդով և դիոդ՝ թելիկով, անոդով և կաթոդով։ Առաջինը կոչվում է ուղիղ թելիկ դիոդ, երկրորդը` անուղղակի թել: Տեխնոլոգիայում օգտագործվում են և՛ առաջին, և՛ երկրորդ տեսակները, սակայն ուղղակի թելիկային դիոդն ունի այնպիսի թերություն, որ երբ ջեռուցվում է, թելի դիմադրությունը փոխվում է, ինչը հանգեցնում է դիոդի միջոցով հոսանքի փոփոխություն: Եվ քանի որ դիոդների օգտագործմամբ որոշ գործողություններ պահանջում են լիովին մշտական ​​հոսանք, ավելի նպատակահարմար է օգտագործել երկրորդ տեսակի դիոդները:

Երկու դեպքում էլ արդյունավետ արտանետման համար թելի ջերմաստիճանը պետք է լինի .

Դիոդները օգտագործվում են փոփոխական հոսանքները ուղղելու համար: Եթե ​​դիոդը օգտագործվում է արդյունաբերական հոսանքները փոխակերպելու համար, ապա այն կոչվում է կենոտրոն։

Էլեկտրոն արտանետող տարրի մոտ գտնվող էլեկտրոդը կոչվում է կաթոդ (), մյուսը՝ անոդ (): Երբ ճիշտ միացված է, քանի որ լարումը մեծանում է, հոսանքը մեծանում է: Հակադարձ կապի դեպքում հոսանքն ընդհանրապես չի հոսի (նկ. 8): Այսպիսով, վակուումային դիոդները բարենպաստ համեմատվում են կիսահաղորդչային դիոդների հետ, որոնցում, երբ նորից միացված է, հոսանքը, թեև նվազագույնը, առկա է: Այս հատկության շնորհիվ վակուումային դիոդները օգտագործվում են փոփոխական հոսանքները ուղղելու համար:

Բրինձ. 8. Վակուումային դիոդի հոսանք-լարման բնութագիրը

Մեկ այլ սարք, որը ստեղծվել է վակուումում ընթացիկ հոսքի գործընթացների հիման վրա, էլեկտրական տրիոդն է (նկ. 9): Դրա դիզայնը դիոդից տարբերվում է երրորդ էլեկտրոդի առկայությամբ, որը կոչվում է ցանց: Նաև վակուումում հոսանքի սկզբունքների վրա հիմնված է այնպիսի գործիք, ինչպիսին է կաթոդային ճառագայթային խողովակը, որը կազմում է այնպիսի գործիքների հիմնական մասը, ինչպիսիք են օսցիլոսկոպը և խողովակային հեռուստացույցները:

Բրինձ. 9. Վակուումային տրիոդի դիագրամ

Կաթոդային խողովակ

Ինչպես նշվեց վերևում, վակուումում հոսանքի տարածման հատկությունների հիման վրա նախագծվել է այնպիսի կարևոր սարք, ինչպիսին կաթոդային ճառագայթների խողովակն է: Իր աշխատանքի հիմքում նա օգտագործում է էլեկտրոնային ճառագայթների հատկությունները: Դիտարկենք այս սարքի կառուցվածքը: Կաթոդ-ճառագայթային խողովակը բաղկացած է երկարաձգմամբ վակուումային կոլբից, էլեկտրոնային ատրճանակից, երկու կաթոդից և երկու միմյանց ուղղահայաց զույգ էլեկտրոդներից (նկ. 10):

Բրինձ. 10. Կաթոդային խողովակի կառուցվածքը

Գործողության սկզբունքը հետևյալն է՝ թերմիոնային արտանետման արդյունքում հրացանից արտանետվող էլեկտրոնները արագանում են անոդներում դրական ներուժի պատճառով։ Այնուհետև, կիրառելով ցանկալի լարումը կարգավորող էլեկտրոդների զույգերին, մենք կարող ենք շեղել էլեկտրոնային ճառագայթը այնպես, ինչպես ցանկանում ենք, հորիզոնական և ուղղահայաց: Դրանից հետո ուղղորդված ճառագայթը ընկնում է ֆոսֆորային էկրանի վրա, որը թույլ է տալիս տեսնել դրա վրա ճառագայթի հետագծի պատկերը։

Կաթոդային ճառագայթների խողովակն օգտագործվում է օսցիլոսկոպ կոչվող գործիքում (Նկար 11), որը նախատեսված է էլեկտրական ազդանշաններն ուսումնասիրելու համար, և կինեսկոպիկ հեռուստացույցներում, բացառությամբ միայն, որ այնտեղ էլեկտրոնային ճառագայթները կառավարվում են մագնիսական դաշտերով:

Բրինձ. 11. Օսցիլոսկոպ ()

Հաջորդ դասին մենք կվերլուծենք հեղուկների մեջ էլեկտրական հոսանքի անցումը:

Մատենագիտություն

1. Տիխոմիրովա Ս.Ա., Յավորսկի Բ.Մ. Ֆիզիկա (հիմնական մակարդակ) - Մ.: Մնեմոզինա, 2012 թ.
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Ֆիզիկա 10 դասարան. - Մ.: Իլեքսա, 2005 թ.
3. Մյակիշև Գ.Յա., Սինյակով Ա.Զ., Սլոբոդսկով Բ.Ա. Ֆիզիկա. Էլեկտրադինամիկա. - Մ.: 2010 թ.

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

Տնային աշխատանք

1. Ի՞նչ է էլեկտրոնային արտանետումը:
2. Որո՞նք են էլեկտրոնային ճառագայթները կառավարելու եղանակները:
3. Ինչպե՞ս է կիսահաղորդչի հաղորդունակությունը կախված ջերմաստիճանից:
4. Ինչի համար է օգտագործվում անուղղակի թելիկ էլեկտրոդը:
5. *Ո՞րն է վակուումային դիոդի հիմնական հատկությունը: Ինչո՞վ է դա պայմանավորված:

Էլեկտրական հոսանք կարող է առաջանալ ոչ միայն մետաղներում, այլև վակուումում, օրինակ՝ ռադիոխողովակներում, կաթոդային ճառագայթների խողովակներում։ Եկեք պարզենք հոսանքի բնույթը վակուումում:

Մետաղներն ունեն մեծ թվով ազատ, պատահական շարժվող էլեկտրոններ։ Երբ էլեկտրոնը մոտենում է մետաղի մակերեսին, դրական իոնների կողմից նրա վրա ազդող և դեպի ներս ուղղված գրավիչ ուժերը թույլ չեն տալիս էլեկտրոնին հեռանալ մետաղից։ Աշխատանքը, որը պետք է կատարվի վակուումում գտնվող մետաղից էլեկտրոն հեռացնելու համար կոչվում է ելքային աշխատանք.Տարբեր մետաղների համար տարբեր է։ Այսպիսով, վոլֆրամի համար այն հավասար է 7,2 * 10 -19 ժ.Եթե ​​էլեկտրոնի էներգիան աշխատանքային ֆունկցիայից փոքր է, այն չի կարող հեռանալ մետաղից։ Կան բազմաթիվ էլեկտրոններ, նույնիսկ սենյակային ջերմաստիճանում, որոնց էներգիան շատ ավելի մեծ չէ, քան աշխատանքային ֆունկցիան։ Մետաղից հեռանալուց հետո նրանք փոքր հեռավորության վրա հեռանում են նրանից և իոնների ձգողական ուժերի ազդեցությամբ վերադառնում են մետաղի մոտ, ինչի արդյունքում ելքային և վերադարձող էլեկտրոնների բարակ շերտ է գոյանում իոնների մոտ։ մակերես, որոնք գտնվում են դինամիկ հավասարակշռության մեջ. Էլեկտրոնների կորստի պատճառով մետաղի մակերեսը դառնում է դրական լիցքավորում։

Որպեսզի էլեկտրոնը հեռանա մետաղից, այն պետք է աշխատանք կատարի էլեկտրոնային շերտի էլեկտրական դաշտի վանող ուժերի և մետաղի դրական լիցքավորված մակերեսի էլեկտրական դաշտի ուժերի դեմ (նկ. 85. ա): Սենյակային ջերմաստիճանում գրեթե չկան էլեկտրոններ, որոնք կարող են խուսափել կրկնակի լիցքավորված շերտից:

Որպեսզի էլեկտրոնները դուրս թռչեն կրկնակի շերտից, նրանք պետք է ունենան աշխատանքային ֆունկցիայից շատ ավելի մեծ էներգիա։ Դրա համար էներգիան էլեկտրոններին փոխանցվում է դրսից, օրինակ՝ տաքացնելով։ Տաքացած մարմնի կողմից էլեկտրոնների արտանետումը կոչվում է թերմիոնային արտանետում:Դա մետաղի մեջ ազատ էլեկտրոնների առկայության ապացույցներից է։

Նման փորձի ժամանակ կարելի է դիտարկել ջերմային արտանետման ֆենոմենը։ Էլեկտրաչափը դրական լիցքավորելով (էլեկտրիֆիկացված ապակե ձողից), մենք այն հաղորդիչով միացնում ենք ցուցադրական վակուումային լամպի էլեկտրոդին (նկ. 85, բ)։ Էլեկտրաչափը չի լիցքաթափվում: Շղթան փակելուց հետո մենք կփայլենք թելը K: Մենք տեսնում ենք, որ էլեկտրաչափի ասեղն ընկնում է. էլեկտրաչափը լիցքաթափվում է: Տաքացվող թելից արտանետվող էլեկտրոնները ձգվում են դեպի դրական լիցքավորված էլեկտրոդ A և չեզոքացնում դրա լիցքը։ Ջերմոէլեկտրոնների հոսքը թելիկից դեպի էլեկտրոդ A էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ առաջացրել է էլեկտրական հոսանք վակուումում։

Եթե ​​էլեկտրաչափը լիցքավորված է բացասական, ապա նման փորձի ժամանակ այն չի լիցքաթափվի։ Թելից դուրս թռչող էլեկտրոններն այլևս չեն ձգվում A էլեկտրոդով, այլ ընդհակառակը, ետ են մղվում դրանից և հետ են վերադառնում դեպի թել։

Եկեք հավաքենք էլեկտրական շղթան (նկ. 86): Չտաքացվող K թելով, դրա և էլեկտրոդի A-ի միջև շղթան բաց է. գալվանոմետրի սլաքը զրոյական է: Նրա միացումում հոսանք չկա: Բանալին փակելով՝ մենք տաքացնում ենք թելիկը։ Հոսանք անցավ գալվանոմետրի սխեմայի միջով, քանի որ ջերմաէլեկտրոնները փակեցին շղթան թելքի և էլեկտրոդի միջև՝ դրանով իսկ վակուումում առաջացնելով էլեկտրական հոսանք։ Վակուումում էլեկտրական հոսանքը էլեկտրոնների ուղղորդված հոսք է էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ:Վակումում հոսանք կազմող էլեկտրոնների ուղղորդված շարժման արագությունը միլիարդավոր անգամ ավելի մեծ է, քան մետաղներում հոսանք առաջացնող էլեկտրոնների ուղղորդված շարժման արագությունը։ Այսպիսով, ռադիոընդունիչի լամպերի անոդում էլեկտրոնների հոսքի արագությունը հասնում է վայրկյանում մի քանի հազար կիլոմետրի։

Սա կարճ ամփոփում է:

Ամբողջական տարբերակի վրա աշխատանքը շարունակվում է

Դասախոսություն20

ընթացիկ վակուումում

1. Նշում վակուումի մասին

Վակուումում էլեկտրական հոսանք չկա, քանի որ թերմոդինամիկական վակուումում մասնիկներ չկան։

Այնուամենայնիվ, գործնականում ձեռք բերված լավագույն վակուումը

,

դրանք. հսկայական քանակությամբ մասնիկներ.

Այնուամենայնիվ, երբ խոսում են վակուումային հոսանքի մասին, նրանք նկատի ունեն իդեալական վակուում թերմոդինամիկական իմաստով, այսինքն. մասնիկների լիակատար բացակայություն. Ցանկացած աղբյուրից ստացված մասնիկները պատասխանատու են հոսանքի հոսքի համար։

2. Աշխատանքային ֆունկցիա

Ինչպես գիտեք, մետաղների մեջ կա էլեկտրոնային գազ, որը ձգողական ուժով պահվում է բյուրեղային ցանցի վրա։ Նորմալ պայմաններում էլեկտրոնների էներգիան մեծ չէ, ուստի դրանք պահվում են բյուրեղի ներսում։

Եթե ​​մենք էլեկտրոնային գազին մոտենանք դասական դիրքերից, այսինքն. համարենք, որ այն ենթարկվում է Մաքսվել-Բոլցմանի բաշխմանը, ապա ակնհայտ է, որ կա մասնիկների մեծ մասնաբաժին, որոնց արագությունները միջինից բարձր են։ Հետևաբար, այս մասնիկները բավականաչափ էներգիա ունեն բյուրեղից դուրս գալու և դրա մոտ էլեկտրոնային ամպ ձևավորելու համար:

Մետաղի մակերեսը դրական լիցքավորված է։ Ձևավորվում է կրկնակի շերտ, որը խոչընդոտում է էլեկտրոնների հեռացմանը մակերեսից։ Ուստի էլեկտրոնը հեռացնելու համար անհրաժեշտ է նրան լրացուցիչ էներգիա հաղորդել։

Սահմանում: Մետաղից էլեկտրոնների աշխատանքային ֆունկցիան կոչվում է էներգիա, որը պետք է փոխանցվի էլեկտրոնին՝ մետաղի մակերևույթից մինչև անվերջ հեռացնելու համար զրոյական վիճակումԵկ.

Տարբեր մետաղների համար աշխատանքային գործառույթը տարբեր է:

Մետաղ	Աշխատանքային ֆունկցիա, էՎ
	1,81

3. Էլեկտրոնային արտանետում.

Նորմալ պայմաններում էլեկտրոնների էներգիան բավականին փոքր է, և դրանք կապված են հաղորդիչի ներսում։ Էլեկտրոններին լրացուցիչ էներգիա հաղորդելու ուղիներ կան։ Արտաքին ազդեցության տակ էլեկտրոնների արտանետման ֆենոմենը կոչվում է էլեկտրոնների արտանետում և այն հայտնաբերել է Էդիսոնը 1887 թվականին։ Կախված էներգիայի փոխանցման եղանակից՝ առանձնանում են արտանետումների 4 տեսակ.

1. Թերմիոնային արտանետում (TEE), մեթոդ՝ ջերմամատակարարում (ջեռուցում):

2. Ֆոտոէլեկտրոնային արտանետում (PEE), մեթոդ՝ լուսավորություն։

3. Երկրորդային էլեկտրոնների արտանետում (SEE), մեթոդ՝ մասնիկների ռմբակոծում։

4. Ավտոէլեկտրոնային արտանետում (AEE), մեթոդ՝ ուժեղ էլեկտրական դաշտ։

4. Դաշտային արտանետում

Ուժեղ էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ էլեկտրոնները կարող են փախչել մետաղի մակերեսից:

Լարվածության այս մեծությունը բավական է էլեկտրոնը դուրս հանելու համար:

Այս երեւույթը կոչվում է սառը արտանետում: Եթե ​​դաշտը բավականաչափ ուժեղ է, ապա էլեկտրոնների թիվը կարող է մեծանալ, և, հետևաբար, հոսանքը կարող է մեծ լինել։ Ըստ Joule-Lenz օրենքի՝ մեծ քանակությամբ ջերմություն կթողարկվի, և AEE-ն կարող է վերածվել TEE-ի:

5. Ֆոտոէլեկտրոնային արտանետում (PEE)

Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի ֆենոմենը հայտնի է վաղուց, տե՛ս «Օպտիկա»։

6. Երկրորդային էլեկտրոնների արտանետում (ՏԵՍ)

Այս երեւույթն օգտագործվում է ֆոտոէլեկտրոնների բազմապատկումներում (PMTs):

Գործողության ընթացքում տեղի է ունենում էլեկտրոնների թվի ավալանշի նման աճ։ Այն օգտագործվում է թույլ լուսային ազդանշաններ գրանցելու համար։

7. Վակուումային դիոդ.

TEE-ն ուսումնասիրելու համար օգտագործվում է վակուումային դիոդ կոչվող սարք։ Ամենից հաճախ, կառուցվածքային առումով, այն բաղկացած է երկու կոաքսիալ գլաններից, որոնք տեղադրված են ապակե վակուումային կոլբայի մեջ:

Կաթոդը ջեռուցվում է ուղղակի կամ անուղղակի էլեկտրական հոսանքով: Ուղղակի - հոսանքն անցնում է հենց կաթոդի միջով, անուղղակի հետ - կաթոդի ներսում տեղադրվում է լրացուցիչ հաղորդիչ `թել: Ջեռուցումը տեղի է ունենում բավականաչափ բարձր ջերմաստիճանի դեպքում, ուստի կաթոդը բարդ է: Հիմքը հրակայուն նյութ է (վոլֆրամ), իսկ ծածկույթը ցածր աշխատանքային ֆունկցիա ունեցող նյութ է (ցեզիում)։

Դիոդը վերաբերում է ոչ գծային տարրերին, այսինքն. այն չի ենթարկվում Օհմի օրենքին: Ասում են, որ դիոդը միակողմանի հաղորդունակությամբ տարր է։ Դիոդի CVC-ի մեծ մասը նկարագրված է Բոգուսլավսկի-Լանգմյուիր օրենքով կամ 3/2 օրենքով:

Երբ թելքի ջերմաստիճանը բարձրանում է, I–V բնութագիրը տեղափոխվում է դեպի վեր, իսկ հագեցվածության հոսանքը մեծանում է: Հագեցվածության հոսանքի խտության կախվածությունը ջերմաստիճանից նկարագրված է Ռիչարդսոն-Դեշմանի օրենքով

Այս բանաձևը ստանալու համար կարելի է օգտագործել քվանտային վիճակագրության մեթոդներհաստատ= Բնույնը բոլոր մետաղների համար: Փորձը ցույց է տալիս, որ հաստատունները տարբեր.

8. Կիսալիքային ուղղիչ

9. ամբողջական ալիքուղղիչ (ինքնուրույն):

10. Լամպերի կիրառում.

Լամպերի առավելությունները ներառում են

· էլեկտրոնների հոսքի վերահսկման հեշտությունը,

· մեծ ուժ,

· գրեթե գծային CVC-ի մեծ հատված:

· Խողովակները օգտագործվում են հզոր ուժեղացուցիչներում:

Թերությունները ներառում են.

ցածր արդյունավետություն,

· էներգիայի բարձր սպառում.

Էլեկտրական հոսանքը վակուումում

Վակուումը գազի վիճակն է, որտեղ ճնշումը պակաս է մթնոլորտային ճնշումից։ Տարբերակել ցածր, միջին և բարձր վակուումը:

Բարձր վակուում ստեղծելու համար անհրաժեշտ է հազվադեպություն, որի համար մնացած գազում մոլեկուլների միջին ազատ ուղին ավելի մեծ է, քան նավի չափը կամ նավի էլեկտրոդների միջև եղած հեռավորությունը: Հետևաբար, եթե անոթում վակուում է առաջանում, ապա դրա մոլեկուլները գրեթե չեն բախվում միմյանց և ազատորեն թռչում են միջէլեկտրոդային տարածությամբ։ Այս դեպքում նրանք բախումներ են ունենում միայն էլեկտրոդների կամ նավի պատերի հետ։

Որպեսզի վակուումում հոսանք գոյություն ունենա, անհրաժեշտ է վակուումում տեղադրել ազատ էլեկտրոնների աղբյուր։ Մետաղներում ազատ էլեկտրոնների ամենաբարձր կոնցենտրացիան: Բայց սենյակային ջերմաստիճանում նրանք չեն կարող հեռանալ մետաղից, քանի որ դրանք պահվում են դրանում դրական իոնների կուլոնյան ձգողական ուժերով։ Այս ուժերը հաղթահարելու համար էլեկտրոնը պետք է ծախսի որոշակի քանակությամբ էներգիա, որպեսզի դուրս գա մետաղի մակերեսից, որը կոչվում է աշխատանքային ֆունկցիա։

Եթե ​​էլեկտրոնի կինետիկ էներգիան գերազանցում կամ հավասար է աշխատանքային ֆունկցիային, ապա այն կթողնի մետաղի մակերեսը և կդառնա ազատ։

Մետաղի մակերեսից էլեկտրոններ արտանետելու գործընթացը կոչվում է արտանետում: Կախված նրանից, թե ինչպես է անհրաժեշտ էներգիան փոխանցվել էլեկտրոններին, կան արտանետումների մի քանի տեսակներ: Դրանցից մեկը ջերմաէլեկտրոնային արտանետումն է։

Ø Տաքացած մարմինների կողմից էլեկտրոնների արտանետումը կոչվում է ջերմաէլեկտրոնային արտանետում։

Թերմիոնային արտանետման ֆենոմենը հանգեցնում է նրան, որ տաքացվող մետաղական էլեկտրոդը անընդհատ էլեկտրոններ է արտանետում։ Էլեկտրոնները էլեկտրոդի շուրջ ձևավորում են էլեկտրոնային ամպ: Այս դեպքում էլեկտրոդը դրական լիցքավորված է, և լիցքավորված ամպի էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ ամպից էլեկտրոնները մասամբ վերադառնում են էլեկտրոդ։

Հավասարակշռության վիճակում էլեկտրոնների թիվը, որոնք մեկ վայրկյանում թողնում են էլեկտրոդը, հավասար է էլեկտրոնների քանակին, որոնք այս ընթացքում վերադառնում են էլեկտրոդ:

2. Էլեկտրական հոսանքը վակուումում

Հոսանքի առկայության համար պետք է կատարվի երկու պայման՝ ազատ լիցքավորված մասնիկների և էլեկտրական դաշտի առկայություն։ Այս պայմանները ստեղծելու համար օդապարիկի մեջ տեղադրվում են երկու էլեկտրոդներ (կաթոդ և անոդ), և օդը դուրս է մղվում օդապարիկից։ Կաթոդը տաքացնելու արդյունքում դրանից դուրս են թռչում էլեկտրոնները։ Բացասական ներուժը կիրառվում է կաթոդի վրա, իսկ դրական պոտենցիալը կիրառվում է անոդի վրա:

Վակուումում էլեկտրական հոսանքը էլեկտրոնների ուղղորդված շարժում է, որն առաջանում է ջերմային արտանետման արդյունքում։

3. Վակուումային դիոդ

Ժամանակակից վակուումային դիոդը բաղկացած է ապակյա կամ կերամիկական-մետաղական գլանից, որից օդը տարհանվում է մինչև 10-7 մմ Hg ճնշման: Արվեստ. Երկու էլեկտրոդներ զոդված են օդապարիկի մեջ, որոնցից մեկը՝ կաթոդը, ունի ուղղահայաց մետաղական գլան՝ պատրաստված վոլֆրամից և սովորաբար պատված է հողալկալիական մետաղի օքսիդների շերտով:

Կաթոդի ներսում տեղադրված է մեկուսացված հաղորդիչ, որը ջեռուցվում է փոփոխական հոսանքով։ Տաքացվող կաթոդն արտանետում է էլեկտրոններ, որոնք հասնում են անոդին։ Լամպի անոդը կլոր կամ օվալաձև գլան է, որն ունի ընդհանուր առանցք կաթոդի հետ:

Վակուումային դիոդի միակողմանի փոխանցումը պայմանավորված է նրանով, որ տաքացման պատճառով էլեկտրոնները դուրս են թռչում տաք կաթոդից և շարժվում դեպի սառը անոդ։ Էլեկտրոնները կարող են միայն դիոդով շարժվել կաթոդից դեպի անոդ (այսինքն, էլեկտրական հոսանքը կարող է հոսել միայն հակառակ ուղղությամբ՝ անոդից կաթոդ)։

Նկարը վերարտադրում է վակուումային դիոդի վոլտ-ամպերի հատկանիշը (բացասական լարման արժեքը համապատասխանում է այն դեպքին, երբ կաթոդի ներուժը ավելի բարձր է, քան անոդի պոտենցիալը, այսինքն՝ էլեկտրական դաշտը «փորձում է» էլեկտրոնները վերադարձնել կաթոդ) .

Վակուումային դիոդները օգտագործվում են փոփոխական հոսանքը ուղղելու համար: Եթե ​​կաթոդի և անոդի միջև տեղադրվի ևս մեկ էլեկտրոդ (ցանց), ապա ցանցի և կաթոդի միջև լարման նույնիսկ աննշան փոփոխությունը զգալիորեն կազդի անոդի հոսանքի վրա: Նման վակուումային խողովակը (տրիոդ) թույլ է տալիս ուժեղացնել թույլ էլեկտրական ազդանշանները: Հետեւաբար, որոշ ժամանակ այդ լամպերը էլեկտրոնային սարքերի հիմնական տարրերն էին:

4. Կաթոդային խողովակ

Էլեկտրական հոսանքը վակուումում օգտագործվում էր կաթոդային խողովակում (CRT), առանց որի երկար ժամանակ անհնար էր պատկերացնել հեռուստացույցը կամ օսցիլոսկոպը։

Նկարը ցույց է տալիս CRT-ի նախագծման պարզեցված տեսք:

Խողովակի պարանոցի էլեկտրոնային «ատրճանակը» կաթոդն է, որը արձակում է էլեկտրոնների ինտենսիվ ճառագայթ: Անցքեր ունեցող բալոնների հատուկ համակարգը (1) կենտրոնացնում է այս ճառագայթը, դարձնելով այն նեղ: Երբ էլեկտրոնները հարվածում են էկրանին (4), այն սկսում է փայլել: Էլեկտրոնների հոսքը կարելի է կառավարել՝ օգտագործելով ուղղահայաց (2) կամ հորիզոնական (3) թիթեղները:

Զգալի էներգիա կարող է փոխանցվել էլեկտրոններին վակուումում: Էլեկտրոնային ճառագայթները կարող են օգտագործվել նույնիսկ վակուումում մետաղները հալեցնելու համար: