Warunki próżniowe: prąd elektryczny w próżni. Co to jest prąd elektryczny w próżni?

Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych. Można go uzyskać na przykład w przewodniku łączącym ciało naładowane i nienaładowane. Jednakże prąd ten ustanie, gdy tylko różnica potencjałów między tymi ciałami osiągnie zero. Uporządkowany prąd będzie również istniał w przewodniku łączącym płytki naładowanego kondensatora. W tym przypadku prądowi towarzyszy neutralizacja ładunków znajdujących się na płytach kondensatora i trwa do momentu, gdy różnica potencjałów płytek kondensatora osiągnie zero.

Przykłady te pokazują, że prąd elektryczny w przewodniku występuje tylko wtedy, gdy na końcach przewodnika występują różne potencjały, czyli gdy występuje w nim pole elektryczne.

Ale w rozważanych przykładach prąd nie może być długotrwały, ponieważ w procesie przemieszczania ładunków potencjały ciał szybko się wyrównują i pole elektryczne w przewodniku zanika.

Dlatego, aby uzyskać prąd, konieczne jest utrzymanie różnych potencjałów na końcach przewodnika. Aby to zrobić, możesz przenieść ładunki z jednego ciała na drugie z powrotem przez inny przewodnik, tworząc w tym celu obwód zamknięty. Jednak pod wpływem sił tego samego pola elektrycznego taki transfer ładunku jest niemożliwy, ponieważ potencjał drugiego ciała jest mniejszy niż potencjał pierwszego. Dlatego transfer jest możliwy tylko za pomocą sił pochodzenia nieelektrycznego. Obecność takich sił zapewnia źródło prądu zawarte w obwodzie.

Siły działające w źródle prądu przenoszą ładunek z ciała o niższym potencjale do ciała o wyższym potencjale i jednocześnie wykonują pracę. Dlatego musi mieć energię.

Źródłami prądu są ogniwa galwaniczne, akumulatory, generatory itp.

Zatem głównymi warunkami wystąpienia prądu elektrycznego są: obecność źródła prądu i obwód zamknięty.

Przepływowi prądu w obwodzie towarzyszy szereg łatwo obserwowalnych zjawisk. Na przykład w niektórych cieczach, gdy przepływa przez nie prąd, obserwuje się uwalnianie substancji na elektrodach zanurzonych w cieczy. Prądowi w gazach często towarzyszy świecenie gazów itp. Prąd elektryczny w gazach i próżni badał wybitny francuski fizyk i matematyk Andre Marie Ampere, dzięki któremu znamy obecnie naturę takich zjawisk.

Jak wiadomo, najlepszym izolatorem jest próżnia, czyli przestrzeń, z której zostało wypompowane powietrze.

Możliwe jest jednak uzyskanie prądu elektrycznego w próżni, dla którego konieczne jest wprowadzenie do niego nośników ładunku.

Weźmy naczynie, z którego wypompowano powietrze. Do tego naczynia wlutowane są dwie metalowe płytki - dwie elektrody. Podłączamy jeden z nich A (anodę) do dodatniego źródła prądu, drugi K (katoda) do ujemnego. Napięcie pomiędzy jest wystarczające do zastosowania 80 - 100 V.

Podłączmy do obwodu czuły miliamperomierz. Urządzenie nie pokazuje prądu; oznacza to, że prąd elektryczny nie istnieje w próżni.

Zmieńmy doświadczenie. Jako katoda wlutowujemy do naczynia drut - gwint z wyciągniętymi końcami. Ten żarnik nadal będzie katodą. Korzystając z innego źródła prądu, podgrzewamy go. Zauważymy, że gdy tylko żarnik się nagrzeje, urządzenie podłączone do obwodu pokazuje w próżni prąd elektryczny, im większy, tym bardziej nagrzewa się żarnik. Oznacza to, że po podgrzaniu nić zapewnia obecność w próżni naładowanych cząstek, jest ich źródłem.

Jak ładowane są te cząstki? Doświadczenie może dać odpowiedź na to pytanie. Zmieńmy bieguny elektrod wlutowanych w naczynie - zrobimy z gwintu anodę, a przeciwny biegun - katodę. I chociaż włókno jest podgrzewane i wysyła naładowane cząstki do próżni, nie ma w nim prądu.

Wynika z tego, że cząstki te są naładowane ujemnie, ponieważ są odpychane od elektrody A, gdy jest ona naładowana ujemnie.

Co to za cząstki?

Według teorii elektroniki wolne elektrony w metalu poruszają się chaotycznie. Gdy żarnik jest podgrzewany, ruch ten nasila się. Jednocześnie część elektronów, zdobywając energię wystarczającą do wyjścia, wylatuje z nici, tworząc wokół niej „chmurę elektronów”. Kiedy między żarnikiem a anodą powstaje pole elektryczne, elektrony lecą do elektrody A, jeśli jest ona podłączona do dodatniego bieguna akumulatora, i są odpychane z powrotem do żarnika, jeśli jest ona podłączona do bieguna ujemnego, tj. ten sam ładunek co elektrony.

Zatem prąd elektryczny w próżni jest ukierunkowanym przepływem elektronów.

Na tej lekcji będziemy kontynuować badanie przepływu prądów w różnych ośrodkach, szczególnie w próżni. Rozważymy mechanizm powstawania wolnych ładunków, rozważymy główne urządzenia techniczne działające na zasadzie prądu w próżni: diodę i lampę elektronopromieniową. Wskażemy także podstawowe właściwości wiązek elektronów.

Wynik eksperymentu wyjaśniono w następujący sposób: w wyniku ogrzewania metal zaczyna emitować elektrony ze swojej struktury atomowej, podobnie jak emisja cząsteczek wody podczas parowania. Ogrzany metal otoczony jest chmurą elektronów. Zjawisko to nazywa się emisją termojonową.

Ryż. 2. Schemat doświadczenia Edisona

Właściwość wiązek elektronów

W technologii bardzo ważne jest wykorzystanie tzw. wiązek elektronów.

Definicja. Wiązka elektronów to strumień elektronów, którego długość jest znacznie większa niż szerokość. To całkiem łatwe do zdobycia. Wystarczy wziąć rurę próżniową, przez którą przepływa prąd i zrobić w anodzie otwór, do którego trafiają przyspieszone elektrony (tzw. działo elektronowe) (rys. 3).

Ryż. 3. Działo elektronowe

Wiązki elektronów mają szereg kluczowych właściwości:

Ze względu na wysoką energię kinetyczną wywierają wpływ termiczny na materiał, na który uderzają. Ta właściwość jest wykorzystywana w spawaniu elektronicznym. Spawanie elektroniczne jest niezbędne w przypadkach, gdzie ważne jest zachowanie czystości materiałów, np. przy spawaniu półprzewodników.

• Wiązki elektronów podczas zderzenia z metalami zwalniają i emitują promieniowanie rentgenowskie wykorzystywane w medycynie i technice (ryc. 4).

Ryż. 4. Zdjęcie wykonane za pomocą promieni rentgenowskich ()

• Kiedy wiązka elektronów uderza w pewne substancje zwane luminoforami, następuje poświata, która umożliwia stworzenie ekranów pomagających monitorować ruch wiązki, która jest oczywiście niewidoczna gołym okiem.
• Możliwość sterowania ruchem wiązek za pomocą pól elektrycznych i magnetycznych.

Należy zaznaczyć, że temperatura, w której można osiągnąć emisję termoelektryczną, nie może przekraczać temperatury, w której następuje zniszczenie konstrukcji metalowej.

Początkowo Edison zastosował następujący projekt do generowania prądu w próżni. Po jednej stronie lampy próżniowej umieszczono przewodnik połączony z obwodem, a po drugiej stronie dodatnio naładowaną elektrodę (patrz rys. 5):

Ryż. 5

W wyniku przepływu prądu przez przewodnik zaczyna się on nagrzewać, emitując elektrony, które są przyciągane do elektrody dodatniej. W końcu następuje ukierunkowany ruch elektronów, który w rzeczywistości jest prądem elektrycznym. Jednakże liczba emitowanych w ten sposób elektronów jest zbyt mała, co powoduje, że prąd jest zbyt mały do ​​jakiegokolwiek zastosowania. Problem ten można rozwiązać dodając kolejną elektrodę. Taka elektroda o potencjale ujemnym nazywana jest elektrodą żarową pośrednią. Dzięki jego zastosowaniu liczba poruszających się elektronów wzrasta kilkukrotnie (ryc. 6).

Ryż. 6. Użycie pośredniej elektrody żarnikowej

Warto zauważyć, że przewodność prądu w próżni jest taka sama jak w przypadku metali - elektroniczna. Chociaż mechanizm pojawiania się tych wolnych elektronów jest zupełnie inny.

W oparciu o zjawisko emisji termoelektrycznej stworzono urządzenie zwane diodą próżniową (rys. 7).

Ryż. 7. Oznaczenie diody próżniowej na schemacie elektrycznym

Dioda próżniowa

Przyjrzyjmy się bliżej diodzie próżniowej. Istnieją dwa rodzaje diod: dioda z żarnikiem i anodą oraz dioda z żarnikiem, anodą i katodą. Pierwsza nazywa się diodą z żarnikiem bezpośrednim, druga diodą z żarnikiem pośrednim. W technologii stosuje się zarówno pierwszy, jak i drugi typ, jednak dioda z żarnikiem bezpośrednim ma tę wadę, że po podgrzaniu zmienia się rezystancja żarnika, co pociąga za sobą zmianę prądu płynącego przez diodę. A ponieważ niektóre operacje z użyciem diod wymagają całkowicie stałego prądu, bardziej wskazane jest użycie drugiego rodzaju diod.

W obu przypadkach temperatura żarnika dla efektywnej emisji musi być równa .

Diody służą do prostowania prądów przemiennych. Jeśli do przetwarzania prądów przemysłowych używana jest dioda, nazywa się ją kenotronem.

Elektroda znajdująca się w pobliżu elementu emitującego elektrony nazywana jest katodą (), druga nazywana jest anodą (). Po prawidłowym podłączeniu prąd wzrasta wraz ze wzrostem napięcia. Przy odwrotnym podłączeniu prąd w ogóle nie będzie płynął (rys. 8). W ten sposób diody próżniowe wypadają korzystnie w porównaniu z diodami półprzewodnikowymi, w których po ponownym włączeniu prąd jest, choć minimalny. Ze względu na tę właściwość diody próżniowe służą do prostowania prądów przemiennych.

Ryż. 8. Charakterystyka prądowo-napięciowa diody próżniowej

Kolejnym urządzeniem powstałym w oparciu o procesy przepływu prądu w próżni jest trioda elektryczna (rys. 9). Jego konstrukcja różni się od konstrukcji diody obecnością trzeciej elektrody, zwanej siatką. Urządzenie takie jak lampa elektronopromieniowa, które stanowi większość urządzeń, takich jak oscyloskop i telewizory lampowe, również opiera się na zasadach prądu w próżni.

Ryż. 9. Obwód triody próżniowej

Kineskop

Jak wspomniano powyżej, w oparciu o właściwości propagacji prądu w próżni, zaprojektowano tak ważne urządzenie, jak lampa elektronopromieniowa. Swoją pracę opiera na właściwościach wiązek elektronów. Przyjrzyjmy się budowie tego urządzenia. Lampa elektronopromieniowa składa się z kolby próżniowej z rozszerzeniem, działa elektronowego, dwóch katod i dwóch wzajemnie prostopadłych par elektrod (rys. 10).

Ryż. 10. Budowa lampy elektronopromieniowej

Zasada działania jest następująca: elektrony emitowane z pistoletu w wyniku emisji termojonowej są przyspieszane dzięki dodatniemu potencjałowi na anodach. Następnie, przykładając pożądane napięcie do par elektrod sterujących, możemy odchylić wiązkę elektronów zgodnie z potrzebami, poziomo i pionowo. Następnie skierowana wiązka pada na ekran fosforowy, co pozwala nam zobaczyć na nim obraz trajektorii wiązki.

Lampa elektronopromieniowa stosowana jest w instrumencie zwanym oscyloskopem (ryc. 11), przeznaczonym do badania sygnałów elektrycznych oraz w telewizorach kineskopowych, z tym wyjątkiem, że tam wiązki elektronów są kontrolowane przez pola magnetyczne.

Ryż. 11. Oscyloskop ()

Na następnej lekcji przyjrzymy się przepływowi prądu elektrycznego w cieczach.

Bibliografia

1. Tikhomirova SA, Yavorsky B.M. Fizyka (poziom podstawowy) - M.: Mnemosyne, 2012.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizyka, klasa 10. - M.: Ilexa, 2005.
3. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. Fizyka. Elektrodynamika. - M.: 2010.

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

Praca domowa

1. Co to jest emisja elektronowa?
2. Jakie są sposoby kontrolowania wiązek elektronów?
3. Jak przewodność półprzewodnika zależy od temperatury?
4. Do czego służy elektroda z żarnikiem pośrednim?
5. *Jaka jest główna właściwość diody próżniowej? Z czego to wynika?

Prąd elektryczny można wytwarzać nie tylko w metalach, ale także w próżni, na przykład w lampach radiowych, lampach elektronopromieniowych. Odkryjmy naturę prądu w próżni.

Metale zawierają dużą liczbę wolnych, losowo poruszających się elektronów. Kiedy elektron zbliża się do powierzchni metalu, siły przyciągające działające na niego od strony jonów dodatnich i skierowane do wewnątrz uniemożliwiają elektronowi opuszczenie metalu. Praca, jaką należy wykonać, aby usunąć elektron z metalu w próżni, nazywa się pracą funkcja pracy. Jest ona różna dla różnych metali. Zatem dla wolframu jest równy 7,2*10 -19 j. Jeśli energia elektronu jest mniejsza niż funkcja pracy, nie może on opuścić metalu. Istnieje wiele elektronów, nawet w temperaturze pokojowej, których energia jest niewiele większa niż funkcja pracy. Opuszczając metal, oddalają się od niego na niewielką odległość i pod wpływem sił przyciągania jonów wracają do metalu, w wyniku czego cienka warstwa wychodzących i powracających elektronów, które są w równowadze dynamicznej , tworzy się blisko powierzchni. Z powodu utraty elektronów powierzchnia metalu zostaje naładowana dodatnio.

Aby elektron opuścił metal, musi wykonać pracę wbrew siłom odpychającym pola elektrycznego warstwy elektronowej i siłom pola elektrycznego dodatnio naładowanej powierzchni metalu (ryc. 85. a). W temperaturze pokojowej prawie nie ma elektronów, które mogłyby wydostać się poza naładowaną warstwę podwójną.

Aby elektrony mogły wydostać się poza warstwę podwójną, muszą mieć energię znacznie większą od pracy pracy. W tym celu elektronom przekazywana jest energia z zewnątrz, na przykład poprzez ogrzewanie. Emisję elektronów przez ogrzane ciało nazywamy emisją termoelektronową. Jest to jeden z dowodów na obecność wolnych elektronów w metalu.

W takim eksperymencie można zaobserwować zjawisko emisji termoelektrycznej. Po dodatnim naładowaniu elektrometru (z naelektryzowanego pręta szklanego) łączymy go przewodem z elektrodą A demonstracyjnej lampy próżniowej (ryc. 85, b). Elektrometr nie rozładowuje się. Po zamknięciu obwodu nagrzewamy gwint K. Widzimy, że igła elektrometru opada - elektrometr jest rozładowany. Elektrony emitowane przez gorące włókno są przyciągane do dodatnio naładowanej elektrody A i neutralizują jej ładunek. Przepływ elektronów termionowych z żarnika do elektrody A pod wpływem pola elektrycznego tworzy w próżni prąd elektryczny.

Jeśli elektrometr zostanie naładowany ujemnie, to w takim eksperymencie nie rozładuje się. Elektrony uciekające z żarnika nie są już przyciągane przez elektrodę A, lecz przeciwnie, są od niej odpychane i wracają do żarnika.

Złóżmy obwód elektryczny (ryc. 86). Gdy nić K nie jest nagrzana, obwód między nią a elektrodą A jest otwarty - igła galwanometru znajduje się w pozycji zero. W jego obwodzie nie ma prądu. Zamykając klawisz podgrzewamy żarnik. Prąd przepływał przez obwód galwanometru, gdy elektrony termionowe zamykały obwód pomiędzy włóknem a elektrodą A, tworząc w ten sposób prąd elektryczny w próżni. Prąd elektryczny w próżni to ukierunkowany przepływ elektronów pod wpływem pola elektrycznego. Prędkość kierunkowego ruchu elektronów tworzących prąd w próżni jest miliardy razy większa niż prędkość kierunkowego ruchu elektronów tworzących prąd w metalach. Zatem prędkość przepływu elektronów na anodzie lamp odbiorników radiowych sięga kilku tysięcy kilometrów na sekundę.

To jest krótkie podsumowanie.

Prace nad pełną wersją trwają

Wykład20

Prąd w próżni

1. Uwaga dotycząca próżni

W próżni nie ma prądu elektrycznego, ponieważ w próżni termodynamicznej nie ma cząstek.

Jednak najlepszą osiąganą praktyczną próżnią jest

,

te. ogromna liczba cząstek.

Kiedy jednak mówią o prądzie w próżni, mają na myśli próżnię idealną w sensie termodynamicznym, tj. całkowity brak cząstek. Za przepływ prądu odpowiadają cząstki pozyskane z jakiegoś źródła.

2. Funkcja pracy

Jak wiadomo, w metalach znajduje się gaz elektronowy, który jest utrzymywany przez siłę przyciągania do sieci krystalicznej. W normalnych warunkach energia elektronów nie jest wysoka, dlatego zostają one zatrzymane wewnątrz kryształu.

Jeśli zbliżymy się do gazu elektronowego z pozycji klasycznych, tj. jeśli weźmiemy pod uwagę, że jest on zgodny z rozkładem Maxwella-Boltzmanna, to oczywiste jest, że istnieje duża część cząstek, których prędkości są wyższe od średnich. W rezultacie cząstki te mają wystarczającą energię, aby uciec z kryształu i utworzyć w jego pobliżu chmurę elektronów.

Powierzchnia metalu staje się naładowana dodatnio. Tworzy się podwójna warstwa, która zapobiega usuwaniu elektronów z powierzchni. Dlatego, aby usunąć elektron, konieczne jest przekazanie mu dodatkowej energii.

Definicja: Funkcja pracy elektronów z metalu to energia, jaką należy przekazać elektronowi, aby usunąć go z powierzchni metalu do nieskończoności w stanie zerowymmi k.

Funkcja pracy jest różna dla różnych metali.

Metal	Funkcja pracy, eV
	1,81

3. Emisja elektronowa.

W normalnych warunkach energia elektronów jest dość niska i są one związane wewnątrz przewodnika. Istnieją sposoby na przekazanie dodatkowej energii elektronom. Zjawisko emisji elektronów pod wpływem zewnętrznym nazywa się emisją elektronów i zostało odkryte przez Edisona w 1887 roku. W zależności od sposobu przesyłu energii wyróżnia się 4 rodzaje emisji:

1. Emisja termoelektryczna (TEE), metoda – dostarczanie ciepła (ogrzewanie).

2. Emisja fotoelektronów (PEE), metoda – oświetlenie.

3. Wtórna emisja elektronów (SEE), metoda – bombardowanie cząstkami.

4. Polowa emisja elektronów (FEE), metoda – silne pole elektryczne.

4. Emisje autoelektroniczne

Pod wpływem silnego pola elektrycznego elektrony mogą zostać wyrzucone z powierzchni metalu.

Ta wartość napięcia wystarczy, aby wyciągnąć elektron.

Zjawisko to nazywa się emisją zimna. Jeśli pole jest wystarczająco silne, liczba elektronów może stać się duża, a w konsekwencji prąd może stać się duży. Zgodnie z prawem Joule'a-Lenza zostanie uwolniona duża ilość ciepła, a AEE może zamienić się w TEE.

5. Emisja fotoelektronów (PEE)

Zjawisko efektu fotoelektrycznego jest znane od dawna, patrz „Optyka”.

6. Wtórna emisja elektronów (ZOBACZ)

Zjawisko to wykorzystywane jest w urządzeniach fotopowielających (PMT).

Podczas pracy następuje lawinowy wzrost liczby elektronów. Służy do rejestracji słabych sygnałów świetlnych.

7. Dioda próżniowa.

Do badania TEE wykorzystuje się urządzenie zwane diodą próżniową. Najczęściej składa się z dwóch współosiowych cylindrów umieszczonych w szklanej kolbie próżniowej.

Katoda jest podgrzewana prądem elektrycznym, bezpośrednio lub pośrednio. W przypadku prądu stałego prąd przepływa przez samą katodę, przy prądzie pośrednim wewnątrz katody umieszczony jest dodatkowy przewodnik - włókno. Ogrzewanie zachodzi do dość wysokich temperatur, więc katoda jest złożona. Podstawą jest materiał ogniotrwały (wolfram), a powłoka to materiał o niskiej wyporności (cez).

Dioda należy do elementów nieliniowych, tj. nie jest zgodne z prawem Ohma. Mówią, że dioda jest elementem o przewodnictwie jednokierunkowym. Większość charakterystyki prądowo-napięciowej diody jest opisana prawem Bogusławskiego-Langmuira lub prawem „3/2”

Wraz ze wzrostem temperatury żarnika charakterystyka prądowo-napięciowa przesuwa się w górę i wzrasta prąd nasycenia. Zależność gęstości prądu nasycenia od temperatury opisuje prawo Richardsona-Deshmana

Stosując metody statystyki kwantowej można otrzymać ten wzórkonst= Btakie same dla wszystkich metali. Eksperyment pokazuje, że stałe są różne.

8. Prostownik półfalowy

9. Pełna fala prostownik (siebie).

10. Zastosowanie lamp.

Zalety lamp obejmują

· łatwość kontroli przepływu elektronów,

· duża moc,

· duża część prawie liniowej charakterystyki prądowo-napięciowej.

· Lampy są stosowane we wzmacniaczach o dużej mocy.

Wady obejmują:

· słaba efektywność,

· wysokie zużycie energii.

Prąd elektryczny w próżni

Próżnia to stan gazu, w którym ciśnienie jest niższe od atmosferycznego. Wyróżnia się próżnię niską, średnią i wysoką.

Aby wytworzyć wysoką próżnię, wymagane jest rozrzedzenie, dla którego w pozostałym gazie średnia swobodna droga cząsteczek jest większa niż rozmiar naczynia lub odległość między elektrodami w naczyniu. W rezultacie, jeśli w naczyniu powstanie próżnia, wówczas znajdujące się w nim cząsteczki prawie nie zderzają się ze sobą i swobodnie przelatują przez przestrzeń międzyelektrodową. W tym przypadku doświadczają kolizji tylko z elektrodami lub ze ścianami naczynia.

Aby prąd mógł istnieć w próżni, konieczne jest umieszczenie w próżni źródła wolnych elektronów. Najwyższe stężenie wolnych elektronów w metalach. Ale w temperaturze pokojowej nie mogą opuścić metalu, ponieważ są w nim trzymane przez siły przyciągania Coulomba jonów dodatnich. Aby pokonać te siły, elektron musi wydać pewną energię, zwaną pracą wyjścia, aby opuścić powierzchnię metalu.

Jeżeli energia kinetyczna elektronu przekracza lub jest równa funkcji pracy, wówczas opuści on powierzchnię metalu i stanie się wolny.

Proces emisji elektronów z powierzchni metalu nazywa się emisją. W zależności od sposobu przekazania energii potrzebnej elektronom wyróżnia się kilka rodzajów emisji. Jednym z nich jest termiczna emisja elektronów.

Ø Emisja elektronów przez ogrzane ciała nazywa się emisją termoelektroniczną.

Zjawisko emisji termoelektrycznej powoduje, że nagrzana elektroda metalowa w sposób ciągły emituje elektrony. Elektrony tworzą chmurę elektronową wokół elektrody. W tym przypadku elektroda zostaje naładowana dodatnio i pod wpływem pola elektrycznego naładowanej chmury elektrony z chmury częściowo wracają do elektrody.

W stanie równowagi liczba elektronów opuszczających elektrodę w ciągu sekundy jest równa liczbie elektronów, które w tym czasie powracają do elektrody.

2. Prąd elektryczny w próżni

Aby prąd mógł istnieć, muszą zostać spełnione dwa warunki: obecność swobodnie naładowanych cząstek i pole elektryczne. Aby stworzyć takie warunki, w cylindrze umieszcza się dwie elektrody (katodę i anodę) i z cylindra wypompowuje się powietrze. W wyniku nagrzania katody wylatują z niej elektrony. Do katody przyłożony jest potencjał ujemny, a do anody – potencjał dodatni.

Prąd elektryczny w próżni to ukierunkowany ruch elektronów wynikający z emisji termojonowej.

3. Dioda próżniowa

Nowoczesna dioda próżniowa składa się z cylindra szklanego lub metalowo-ceramicznego, z którego odprowadzane jest powietrze do ciśnienia 10-7 mm Hg. Sztuka. W cylindrze wlutowane są dwie elektrody, z których jedna – katoda – ma postać pionowego metalowego cylindra wykonanego z wolframu i zwykle pokrytego warstwą tlenków metali ziem alkalicznych.

Wewnątrz katody znajduje się izolowany przewodnik, który jest podgrzewany przez prąd przemienny. Ogrzana katoda emituje elektrony, które docierają do anody. Anoda lampy to okrągły lub owalny cylinder mający wspólną oś z katodą.

Jednokierunkowe przewodnictwo diody próżniowej wynika z faktu, że w wyniku ogrzewania elektrony wylatują z gorącej katody i przemieszczają się do zimnej anody. Elektrony mogą przepływać przez diodę tylko od katody do anody (to znaczy prąd elektryczny może płynąć tylko w przeciwnym kierunku: od anody do katody).

Rysunek pokazuje charakterystykę prądowo-napięciową diody próżniowej (ujemna wartość napięcia odpowiada przypadkowi, gdy potencjał katody jest wyższy niż potencjał anody, to znaczy pole elektryczne „próbuje” zwrócić elektrony z powrotem na katodę).

Diody próżniowe służą do prostowania prądu przemiennego. Jeśli pomiędzy katodą a anodą umieścisz kolejną elektrodę (siatkę), to nawet niewielka zmiana napięcia pomiędzy siatką a katodą znacząco wpłynie na prąd anodowy. Taka lampa elektronowa (trioda) pozwala wzmacniać słabe sygnały elektryczne. Dlatego też przez pewien czas lampy te były głównymi elementami urządzeń elektronicznych.

4. Lampa elektronopromieniowa

Prąd elektryczny w próżni wykorzystano w lampie elektronopromieniowej (CRT), bez której przez długi czas nie można było sobie wyobrazić telewizora ani oscyloskopu.

Rysunek przedstawia uproszczoną konstrukcję CRT.

„Działo” elektronowe w szyjce lampy to katoda, która emituje intensywną wiązkę elektronów. Specjalny układ cylindrów z otworami (1) skupia tę wiązkę i powoduje jej zwężenie. Kiedy elektrony uderzają w ekran (4), zaczyna on świecić. Przepływ elektronów można kontrolować za pomocą płytek pionowych (2) lub poziomych (3).

W próżni elektronom można przekazać znaczną energię. Wiązki elektronów można nawet wykorzystać do topienia metali w próżni.