Vakuuma apstākļi: elektriskā strāva vakuumā. Kas ir elektriskā strāva vakuumā?

Elektriskā strāva ir sakārtota elektrisko lādiņu kustība. To var iegūt, piemēram, vadītājā, kas savieno uzlādētu un neuzlādētu ķermeni. Tomēr šī strāva apstāsies, tiklīdz potenciālā atšķirība starp šiem ķermeņiem kļūs nulle. Sakārtota strāva pastāvēs arī vadītājā, kas savieno uzlādēta kondensatora plāksnes. Šajā gadījumā strāvu pavada uz kondensatora plāksnēm esošo lādiņu neitralizēšana un turpinās, līdz kondensatora plākšņu potenciālā starpība kļūst nulle.

Šie piemēri parāda, ka elektriskā strāva vadītājā rodas tikai tad, ja vadītāja galos ir dažādi potenciāli, t.i., kad tajā ir elektriskais lauks.

Bet aplūkotajos piemēros strāva nevar būt ilgstoša, jo lādiņu kustības procesā ķermeņu potenciāli ātri izlīdzinās un elektriskais lauks vadītājā pazūd.

Tāpēc, lai iegūtu strāvu, vadītāja galos ir jāuztur dažādi potenciāli. Lai to izdarītu, jūs varat pārsūtīt lādiņus no viena ķermeņa uz otru atpakaļ caur citu vadītāju, veidojot slēgtu ķēdi. Tomēr viena un tā paša elektriskā lauka spēku ietekmē šāda lādiņa pārnešana nav iespējama, jo otrā ķermeņa potenciāls ir mazāks nekā pirmā. Tāpēc pārnešana iespējama tikai ar neelektriskas izcelsmes spēkiem. Šādu spēku klātbūtni nodrošina ķēdē iekļauts strāvas avots.

Spēki, kas darbojas strāvas avotā, pārnes lādiņu no ķermeņa ar zemāku potenciālu uz ķermeni ar lielāku potenciālu un darbojas tajā pašā laikā. Tāpēc tai ir jābūt enerģijai.

Strāvas avoti ir galvaniskie elementi, akumulatori, ģeneratori utt.

Tātad galvenie elektriskās strāvas rašanās nosacījumi ir: strāvas avota un slēgtas ķēdes klātbūtne.

Strāvas pāreju ķēdē pavada vairākas viegli novērojamas parādības. Piemēram, dažos šķidrumos, kad caur tiem iet strāva, uz šķidrumā iegremdētajiem elektrodiem tiek novērota vielas izdalīšanās. Strāvu gāzēs bieži pavada gāzu mirdzums utt. Elektrisko strāvu gāzēs un vakuumā pētīja izcilais franču fiziķis un matemātiķis Andrē Marī Ampere, pateicoties kuram mēs tagad zinām šādu parādību būtību.

Kā zināms, vislabākais izolators ir vakuums, t.i., telpa, no kuras tiek izsūknēts gaiss.

Bet vakuumā ir iespējams iegūt elektrisko strāvu, kurai tajā jāievada lādiņnesēji.

Paņemsim trauku, no kura ir izsūknēts gaiss. Šajā traukā ir pielodētas divas metāla plāksnes - divi elektrodi. Vienu no tiem A (anodu) savienojam ar pozitīvu strāvas avotu, otru K (katodu) ar negatīvu. Spriegums starp ir pietiekams, lai pielietotu 80–100 V.

Pieslēgsim ķēdei jutīgu miliammetru. Ierīce nerāda strāvu; tas norāda, ka vakuumā elektriskā strāva nepastāv.

Mainīsim pieredzi. Kā katodu mēs ielodējam traukā vadu - vītni ar izvilktiem galiem. Šis kvēldiegs joprojām būs katods. Izmantojot citu strāvas avotu, mēs to uzsildām. Mēs ievērosim, ka, tiklīdz kvēldiegs tiek uzkarsēts, ķēdei pievienotā ierīce rāda elektrisko strāvu vakuumā, un jo lielāka, jo vairāk kvēldiegs tiek uzkarsēts. Tas nozīmē, ka vītne karsējot nodrošina lādētu daļiņu klātbūtni vakuumā, tas ir to avots.

Kā šīs daļiņas tiek uzlādētas? Pieredze var sniegt atbildi uz šo jautājumu. Mainīsim traukā pielodēto elektrodu polus - vītni padarīsim par anodu, bet pretējo polu - katodu. Un, lai gan kvēldiegs tiek uzkarsēts un nosūta uzlādētas daļiņas vakuumā, strāvas nav.

No tā izriet, ka šīs daļiņas ir negatīvi uzlādētas, jo tās tiek atgrūstas no elektroda A, kad tas ir negatīvi uzlādēts.

Kas ir šīs daļiņas?

Saskaņā ar elektronisko teoriju brīvie elektroni metālā atrodas haotiskā kustībā. Kad kvēldiegs tiek uzkarsēts, šī kustība pastiprinās. Tajā pašā laikā daži elektroni, iegūstot enerģiju, kas ir pietiekama, lai izietu, izlido no pavediena, veidojot ap to "elektronu mākoni". Kad starp kvēldiegu un anodu veidojas elektriskais lauks, elektroni lido uz elektrodu A, ja tas ir savienots ar akumulatora pozitīvo polu, un tiek atgrūsts atpakaļ kvēldiegam, ja tas ir savienots ar negatīvo polu, t.i., tam ir tāds pats lādiņš kā elektroniem.

Tātad elektriskā strāva vakuumā ir virzīta elektronu plūsma.

Šajā nodarbībā mēs turpinām pētīt strāvu plūsmu dažādos medijos, īpaši vakuumā. Mēs apsvērsim brīvo lādiņu veidošanās mehānismu, apskatīsim galvenās tehniskās ierīces, kas darbojas pēc strāvas principiem vakuumā: diode un katodstaru lampa. Norādīsim arī elektronu staru pamatīpašības.

Eksperimenta rezultāts tiek skaidrots šādi: karsēšanas rezultātā metāls no savas atomu struktūras sāk emitēt elektronus, līdzīgi kā ūdens molekulu emisija iztvaikošanas laikā. Apsildāmo metālu ieskauj elektronu mākonis. Šo parādību sauc par termisko emisiju.

Rīsi. 2. Edisona eksperimenta shēma

Elektronu staru īpašība

Tehnoloģijā ļoti svarīga ir tā saukto elektronu staru izmantošana.

Definīcija. Elektronu stars ir elektronu plūsma, kuras garums ir daudz lielāks par tās platumu. To ir diezgan viegli iegūt. Pietiek paņemt vakuuma cauruli, pa kuru plūst strāva, un izveidot anodā caurumu, uz kuru aiziet paātrinātie elektroni (tā sauktais elektronu lielgabals) (3. att.).

Rīsi. 3. Elektronu lielgabals

Elektronu stariem ir vairākas galvenās īpašības:

To augstās kinētiskās enerģijas rezultātā tiem ir termiska ietekme uz materiālu, uz kuru tie iedarbojas. Šo īpašību izmanto elektroniskajā metināšanā. Elektroniskā metināšana nepieciešama gadījumos, kad svarīga ir materiālu tīrības saglabāšana, piemēram, metinot pusvadītājus.

• Saduroties ar metāliem, elektronu stari palēninās un izstaro medicīnā un tehnikā izmantojamos rentgenstarus (4. att.).

Rīsi. 4. Fotoattēls, kas uzņemts ar rentgena stariem ()

• Kad elektronu stars saskaras ar noteiktām vielām, ko sauc par fosforiem, rodas spīdums, kas ļauj izveidot ekrānus, kas palīdz uzraudzīt stara kustību, kas, protams, ir neredzama ar neapbruņotu aci.
• Spēja kontrolēt staru kustību, izmantojot elektriskos un magnētiskos laukus.

Jāņem vērā, ka temperatūra, pie kuras var sasniegt termisko emisiju, nedrīkst pārsniegt temperatūru, kurā tiek iznīcināta metāla konstrukcija.

Sākumā Edisons izmantoja šādu dizainu, lai radītu strāvu vakuumā. Vakuuma caurules vienā pusē tika novietots vads, kas savienots ar ķēdi, bet otrā pusē - pozitīvi lādēts elektrods (skat. 5. att.):

Rīsi. 5

Strāvas pārejas rezultātā caur vadītāju tas sāk uzkarst, izdalot elektronus, kas tiek piesaistīti pozitīvajam elektrodam. Galu galā notiek virzīta elektronu kustība, kas patiesībā ir elektriskā strāva. Tomēr šādi emitēto elektronu skaits ir pārāk mazs, kā rezultātā ir pārāk mazs strāvas daudzums jebkurai lietošanai. Šo problēmu var novērst, pievienojot citu elektrodu. Šādu negatīva potenciāla elektrodu sauc par netiešo kvēldiega elektrodu. Izmantojot to, kustīgo elektronu skaits palielinās vairākas reizes (6. att.).

Rīsi. 6. Izmantojot netiešo kvēldiega elektrodu

Ir vērts atzīmēt, ka strāvas vadītspēja vakuumā ir tāda pati kā metāliem - elektroniska. Lai gan šo brīvo elektronu parādīšanās mehānisms ir pilnīgi atšķirīgs.

Pamatojoties uz termoizstarošanas fenomenu, tika izveidota ierīce, ko sauc par vakuuma diodi (7. att.).

Rīsi. 7. Vakuuma diodes apzīmējums uz elektriskās shēmas

Vakuuma diode

Sīkāk apskatīsim vakuuma diodi. Ir divu veidu diodes: diode ar kvēldiegu un anodu un diode ar kvēldiegu, anodu un katodu. Pirmo sauc par tiešo kvēldiega diodi, otro sauc par netiešo kvēldiega diodi. Tehnoloģijā tiek izmantots gan pirmais, gan otrais tips, tomēr tiešajai kvēldiodei ir trūkums, ka, sildot, mainās kvēldiega pretestība, kas izraisa strāvas izmaiņas caur diodi. Un tā kā dažām darbībām, izmantojot diodes, ir nepieciešama pilnīgi nemainīga strāva, ieteicams izmantot otrā veida diodes.

Abos gadījumos kvēldiega temperatūrai efektīvai emisijai jābūt vienādai ar .

Diodes tiek izmantotas maiņstrāvas iztaisnošanai. Ja diode tiek izmantota rūpniecisko strāvu pārveidošanai, tad to sauc par kenotronu.

Elektrodu, kas atrodas netālu no elektronu izstarojošā elementa, sauc par katodu (), otru sauc par anodu (). Pareizi pievienojot, strāva palielinās, palielinoties spriegumam. Pieslēdzot apgrieztā secībā, strāva neplūst vispār (8. att.). Tādā veidā vakuuma diodes ir izdevīgākas salīdzinājumā ar pusvadītāju diodēm, kurās, atkal ieslēdzot, strāva ir minimāla. Pateicoties šai īpašībai, maiņstrāvas iztaisnošanai tiek izmantotas vakuuma diodes.

Rīsi. 8. Vakuuma diodes strāvas-sprieguma raksturlielums

Vēl viena ierīce, kas izveidota, pamatojoties uz strāvas plūsmas procesiem vakuumā, ir elektriskā triode (9. att.). Tās dizains atšķiras no diodes konstrukcijas trešā elektroda klātbūtnē, ko sauc par režģi. Tāda ierīce kā katodstaru lampa, kas veido lielāko daļu ierīču, piemēram, osciloskops un lampu televizori, arī ir balstīta uz vakuuma strāvas principiem.

Rīsi. 9. Vakuuma triodes ķēde

Katodstaru lampa

Kā minēts iepriekš, pamatojoties uz strāvas izplatīšanās īpašībām vakuumā, tika izstrādāta tik svarīga ierīce kā katodstaru lampa. Tā savu darbu pamato ar elektronu staru īpašībām. Apskatīsim šīs ierīces struktūru. Katodstaru lampa sastāv no vakuuma kolbas ar izpletni, elektronu lielgabala, diviem katodiem un diviem savstarpēji perpendikulāriem elektrodu pāriem (10. att.).

Rīsi. 10. Katodstaru lampas uzbūve

Darbības princips ir šāds: elektroni, kas izplūst no pistoles termiskās emisijas dēļ, tiek paātrināti, pateicoties pozitīvajam potenciālam pie anodiem. Tad, pieliekot vēlamo spriegumu vadības elektrodu pāriem, mēs varam novirzīt elektronu staru pēc vēlēšanās, horizontāli un vertikāli. Pēc tam virzītais stars nokrīt uz fosfora ekrāna, kas ļauj mums redzēt stara trajektorijas attēlu uz tā.

Katodstaru lampu izmanto instrumentā, ko sauc par osciloskopu (11. att.), kas paredzēts elektrisko signālu pētīšanai, un CRT televizoros, ar vienīgo izņēmumu, ka elektronu starus tur kontrolē magnētiskie lauki.

Rīsi. 11. Osciloskops ()

Nākamajā nodarbībā aplūkosim elektriskās strāvas pāreju šķidrumos.

Bibliogrāfija

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizika (pamatlīmenis) - M.: Mnemosyne, 2012.g.
2. Gendenšteins L.E., Diks Ju.I. Fizika 10. klase. - M.: Ilexa, 2005.
3. Mjakiševs G.J., Sinjakovs A.Z., Slobodskovs B.A. Fizika. Elektrodinamika. - M.: 2010. gads.

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

Mājasdarbs

1. Kas ir elektroniskā emisija?
2. Kādi ir elektronu staru kontroles veidi?
3. Kā pusvadītāju vadītspēja ir atkarīga no temperatūras?
4. Kam izmanto netiešo kvēldiega elektrodu?
5. *Kāda ir vakuuma diodes galvenā īpašība? Ar ko tas ir saistīts?

Elektrisko strāvu var radīt ne tikai metālos, bet arī vakuumā, piemēram, radiolampās, katodstaru lampās. Noskaidrosim strāvas raksturu vakuumā.

Metāli satur lielu skaitu brīvu, nejauši kustīgu elektronu. Kad elektrons tuvojas metāla virsmai, pievilcīgie spēki, kas uz to iedarbojas no pozitīvo jonu puses un ir vērsti uz iekšu, neļauj elektronam atstāt metālu. Tiek saukts darbs, kas jāveic, lai vakuumā noņemtu elektronu no metāla darba funkcija. Dažādiem metāliem tas ir atšķirīgs. Tātad volframam tas ir vienāds ar 7,2*10 -19 j. Ja elektrona enerģija ir mazāka par darba funkciju, tas nevar atstāt metālu. Ir daudz elektronu, pat istabas temperatūrā, kuru enerģija nav daudz lielāka par darba funkciju. Pametuši metālu, tie attālinās no tā nelielā attālumā un jonu pievilcīgo spēku ietekmē atgriežas metālā, kā rezultātā veidojas plāns izejošo un atgriežamo elektronu slānis, kas atrodas dinamiskā līdzsvarā. , veidojas netālu no virsmas. Elektronu zuduma dēļ metāla virsma kļūst pozitīvi uzlādēta.

Lai elektrons izietu no metāla, tam jāveic darbs pret elektronu slāņa elektriskā lauka atgrūdošajiem spēkiem un pret metāla pozitīvi lādētās virsmas elektriskā lauka spēkiem (85.a att.). Istabas temperatūrā gandrīz nav elektronu, kas varētu izkļūt ārpus uzlādētā dubultā slāņa.

Lai elektroni varētu izkļūt ārpus dubultā slāņa, to enerģijai ir jābūt daudz lielākai par darba funkciju. Lai to izdarītu, enerģija tiek nodota elektroniem no ārpuses, piemēram, karsējot. Sildīta ķermeņa elektronu emisiju sauc par termisko emisiju. Tas ir viens no pierādījumiem brīvo elektronu klātbūtnei metālā.

Šādā eksperimentā var novērot termiskās emisijas fenomenu. Uzlādējot elektrometru pozitīvi (no elektrificēta stikla stieņa), mēs to ar vadītāju savienojam ar demonstrācijas vakuuma lampas elektrodu A (85. att., b). Elektrometrs neizlādējas. Noslēdzot ķēdi, mēs uzsildām pavedienu K. Mēs redzam, ka elektrometra adata nokrīt - elektrometrs ir izlādējies. Karstā kvēldiega izstarotie elektroni tiek piesaistīti pozitīvi lādētam elektrodam A un neitralizē tā lādiņu. Termionisko elektronu plūsma no kvēldiega uz elektrodu A elektriskā lauka ietekmē veidoja elektrisko strāvu vakuumā.

Ja elektrometrs ir negatīvi uzlādēts, tad šādā eksperimentā tas neizlādēsies. Elektronus, kas izplūst no kvēldiega, elektrods A vairs nepiesaista, bet, gluži pretēji, tiek atgrūsts no tā un atgriežas atpakaļ kvēldiega daļā.

Samontēsim elektrisko ķēdi (86. att.). Kad vītne K nav uzkarsēta, ķēde starp to un elektrodu A ir atvērta - galvanometra adata ir uz nulles. Tās ķēdē nav strāvas. Aizverot atslēgu, mēs sildām kvēldiegu. Caur galvanometra ķēdi plūda strāva, jo termioniskie elektroni noslēdza ķēdi starp kvēldiegu un elektrodu A, tādējādi veidojot elektrisko strāvu vakuumā. Elektriskā strāva vakuumā ir virzīta elektronu plūsma elektriskā lauka ietekmē. Elektronu virziena kustības ātrums, kas veido strāvu vakuumā, ir miljardiem reižu lielāks nekā elektronu virziena kustības ātrums, kas veido strāvu metālos. Tādējādi elektronu plūsmas ātrums pie radiouztvērēja lampu anoda sasniedz vairākus tūkstošus kilometru sekundē.

Šis ir īss kopsavilkums.

Darbs pie pilnas versijas turpinās

Lekcija20

Strāva vakuumā

1. Piezīme par vakuumu

Vakuumā nav elektriskās strāvas, jo termodinamiskajā vakuumā nav daļiņu.

Tomēr vislabākais praktiski sasniegtais vakuums ir

,

tie. milzīgs daudzums daļiņu.

Taču, runājot par strāvu vakuumā, ar to saprot ideālu vakuumu termodinamiskā nozīmē, t.i. pilnīgs daļiņu trūkums. Daļiņas, kas iegūtas no kāda avota, ir atbildīgas par strāvas plūsmu.

2. Darba funkcija

Kā zināms, metālos ir elektronu gāze, ko notur pievilkšanās spēks pret kristāla režģi. Normālos apstākļos elektronu enerģija nav augsta, tāpēc tie saglabājas kristāla iekšpusē.

Ja tuvojamies elektronu gāzei no klasiskajām pozīcijām, t.i. ja ņem vērā, ka tas pakļaujas Maksvela-Bolcmaņa sadalījumam, tad ir acīmredzams, ka ir liela daļa daļiņu, kuru ātrumi ir lielāki par vidējo. Līdz ar to šīm daļiņām ir pietiekami daudz enerģijas, lai izkļūtu no kristāla un tā tuvumā izveidotu elektronu mākoni.

Metāla virsma kļūst pozitīvi uzlādēta. Veidojas dubultslānis, kas novērš elektronu noņemšanu no virsmas. Tāpēc, lai noņemtu elektronu, tam ir jāpiešķir papildu enerģija.

Definīcija: Elektronu darba funkcija no metāla ir enerģija, kas jāpiešķir elektronam, lai to noņemtu no metāla virsmas līdz bezgalībai nulles stāvoklīE k.

Darba funkcija dažādiem metāliem ir atšķirīga.

Metāls	Darba funkcija, eV
	1,81

3. Elektroniskā emisija.

Normālos apstākļos elektronu enerģija ir diezgan zema, un tie ir saistīti vadītāja iekšpusē. Ir veidi, kā elektroniem piešķirt papildu enerģiju. Elektronu emisijas fenomenu ārējā ietekmē sauc par elektronu emisiju, un Edisons to atklāja 1887. gadā. Atkarībā no enerģijas pārvades metodes izšķir 4 emisiju veidus:

1. Termiskā emisija (TEE), metode – siltumapgāde (apkure).

2. Fotoelektronu emisija (PEE), metode – apgaismojums.

3. Sekundārā elektronu emisija (SEE), metode – daļiņu bombardēšana.

4. Lauka elektronu emisija (FEE), metode – spēcīgs elektriskais lauks.

4. Autoelektroniskās emisijas

Saskaroties ar spēcīgu elektrisko lauku, elektroni var tikt izmesti no metāla virsmas.

Šī sprieguma vērtība ir pietiekama, lai izvilktu elektronu.

Šo parādību sauc par aukstuma emisiju. Ja lauks ir pietiekami spēcīgs, tad elektronu skaits var kļūt liels, un līdz ar to strāva var kļūt liela. Saskaņā ar Džoula-Lenca likumu tiks atbrīvots liels daudzums siltuma un AEE var pārvērsties par TEE.

5. Fotoelektronu emisija (PEE)

Fotoelektriskā efekta parādība ir zināma jau ilgu laiku, skatiet “Optika”.

6. Sekundārā elektronu emisija (SEE)

Šo parādību izmanto fotopavairošanas ierīcēs (PMT).

Darbības laikā notiek lavīnai līdzīgs elektronu skaita pieaugums. Izmanto vāju gaismas signālu ierakstīšanai.

7. Vakuuma diode.

Lai pētītu TEE, tiek izmantota ierīce, ko sauc par vakuuma diodi. Visbiežāk tas sastāv no diviem koaksiāliem cilindriem, kas ievietoti stikla vakuuma kolbā.

Katodu tieši vai netieši silda ar elektrisko strāvu. Ar līdzstrāvu strāva iet caur pašu katodu, ar netiešo strāvu katoda iekšpusē tiek ievietots papildu vadītājs - kvēldiegs. Sildīšana notiek līdz diezgan augstām temperatūrām, tāpēc katods ir sarežģīts. Pamatne ir ugunsizturīgs materiāls (volframs), un pārklājums ir materiāls ar zemu darba funkciju (cēzijs).

Diode pieder pie nelineāriem elementiem, t.i. tas nepakļaujas Oma likumam. Viņi saka, ka diode ir elements ar vienvirziena vadītspēju. Lielāko daļu diodes strāvas-sprieguma raksturlielumu apraksta Boguslavska-Langmuira likums vai "3/2" likums

Palielinoties kvēldiega temperatūrai, strāvas sprieguma raksturlielums nobīdās uz augšu un palielinās piesātinājuma strāva. Piesātinājuma strāvas blīvuma atkarību no temperatūras apraksta Ričardsona – Dešmana likums

Izmantojot kvantu statistikas metodes, var iegūt šo formulu arkonst= Btas pats visiem metāliem. Eksperiments liecina, ka konstantes ir dažādas.

8. Pusviļņu taisngriezis

9. Pilns vilnis taisngriezis (pats).

10. Lampu pielietojums.

Lampu priekšrocības ietver

· elektronu plūsmas kontroles vienkāršība,

· liela jauda,

· liela gandrīz lineāra strāvas-sprieguma raksturlīknes daļa.

· Caurules tiek izmantotas jaudīgos pastiprinātājos.

Trūkumi ietver:

· zema efektivitāte,

· augsts enerģijas patēriņš.

Elektriskā strāva vakuumā

Vakuums ir gāzes stāvoklis, kurā spiediens ir mazāks par atmosfēras spiedienu. Ir zems, vidējs un augsts vakuums.

Lai izveidotu augstu vakuumu, nepieciešamo retināšanu, kurai atlikušajā gāzē molekulu vidējais brīvais ceļš ir lielāks par trauka izmēru vai attālumu starp elektrodiem traukā. Līdz ar to, ja traukā tiek izveidots vakuums, tad tajā esošās molekulas viena ar otru gandrīz nesaduras un brīvi lido pa starpelektrodu telpu. Šajā gadījumā viņi saskaras tikai ar elektrodiem vai ar kuģa sienām.

Lai vakuumā pastāvētu strāva, vakuumā ir jāievieto brīvo elektronu avots. Augstākā brīvo elektronu koncentrācija metālos. Bet istabas temperatūrā tie nevar atstāt metālu, jo tos tajā notur pozitīvo jonu Kulona pievilkšanas spēki. Lai pārvarētu šos spēkus, elektronam ir jāiztērē noteikta enerģija, ko sauc par darba funkciju, lai atstātu metāla virsmu.

Ja elektrona kinētiskā enerģija pārsniedz vai ir vienāda ar darba funkciju, tad tas atstās metāla virsmu un kļūs brīvs.

Elektronu emisijas procesu no metāla virsmas sauc par emisiju. Atkarībā no tā, kā tika pārnesta elektroniem nepieciešamā enerģija, izšķir vairākus emisijas veidus. Viens no tiem ir termiskā elektronu emisija.

Ø Karsētu ķermeņu elektronu emisiju sauc par termoelektronisko emisiju.

Termioniskās emisijas parādība liek uzkarsētam metāla elektrodam nepārtraukti izstarot elektronus. Elektroni ap elektrodu veido elektronu mākoni. Šajā gadījumā elektrods kļūst pozitīvi uzlādēts, un lādētā mākoņa elektriskā lauka ietekmē elektroni no mākoņa tiek daļēji atgriezti elektrodā.

Līdzsvara stāvoklī elektronu skaits, kas sekundē atstāj elektrodu, ir vienāds ar elektronu skaitu, kas šajā laikā atgriežas pie elektroda.

2. Elektriskā strāva vakuumā

Lai pastāvētu strāva, ir jāievēro divi nosacījumi: brīvu lādētu daļiņu klātbūtne un elektriskais lauks. Lai radītu šos apstākļus, cilindrā tiek ievietoti divi elektrodi (katods un anods) un no cilindra tiek izsūknēts gaiss. Katoda sildīšanas rezultātā no tā izlido elektroni. Katodam tiek pielietots negatīvs potenciāls, bet anodam - pozitīvs potenciāls.

Elektriskā strāva vakuumā ir virzīta elektronu kustība, kas rodas termiskās emisijas rezultātā.

3. Vakuuma diode

Mūsdienu vakuuma diode sastāv no stikla vai metālkeramikas cilindra, no kura tiek izvadīts gaiss līdz spiedienam 10-7 mm Hg. Art. Cilindrā ir ielodēti divi elektrodi, no kuriem viens - katods - ir vertikāla metāla cilindra formā, kas izgatavots no volframa un parasti pārklāts ar sārmzemju metālu oksīdu slāni.

Katoda iekšpusē ir izolēts vadītājs, ko silda ar maiņstrāvu. Apsildāmais katods izstaro elektronus, kas sasniedz anodu. Lampas anods ir apaļš vai ovāls cilindrs, kam ir kopīga ass ar katodu.

Vakuuma diodes vienvirziena vadītspēja ir saistīta ar to, ka sildīšanas dēļ elektroni izlido no karstā katoda un pāriet uz auksto anodu. Elektroni var plūst tikai caur diodi no katoda uz anodu (tas ir, elektriskā strāva var plūst tikai pretējā virzienā: no anoda uz katodu).

Attēlā parādīts vakuuma diodes strāvas-sprieguma raksturlielums (negatīva sprieguma vērtība atbilst gadījumam, kad katoda potenciāls ir lielāks par anoda potenciālu, tas ir, elektriskais lauks "mēģina" atgriezt elektronus atpakaļ uz katodu).

Vakuuma diodes izmanto maiņstrāvas iztaisnošanai. Ja starp katodu un anodu novieto citu elektrodu (režģi), tad pat nelielas sprieguma izmaiņas starp režģi un katodu būtiski ietekmēs anoda strāvu. Šāda elektronu caurule (triode) ļauj pastiprināt vājus elektriskos signālus. Tāpēc kādu laiku šīs lampas bija galvenie elektronisko ierīču elementi.

4. Katodstaru lampa

Katodstaru lampā (CRT) tika izmantota elektriskā strāva vakuumā, bez kuras ilgu laiku nebija iespējams iedomāties televizoru vai osciloskopu.

Attēlā parādīts vienkāršots CRT dizains.

Elektronu "lielgabals" caurules kaklā ir katods, kas izstaro intensīvu elektronu staru. Īpaša cilindru sistēma ar caurumiem (1) fokusē šo staru un padara to šauru. Kad elektroni ietriecas ekrānā (4), tas sāk spīdēt. Elektronu plūsmu var kontrolēt, izmantojot vertikālas (2) vai horizontālas (3) plāksnes.

Nozīmīgu enerģiju var pārnest uz elektroniem vakuumā. Elektronu starus var izmantot pat metālu kausēšanai vakuumā.