สภาวะสุญญากาศ: กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศคืออะไร?

กระแสไฟฟ้าคือการเคลื่อนตัวของประจุไฟฟ้าตามลำดับ ตัวอย่างเช่นสามารถรับได้ในตัวนำที่เชื่อมต่อร่างกายที่มีประจุและไม่มีประจุ อย่างไรก็ตาม กระแสนี้จะหยุดทันทีที่ความต่างศักย์ระหว่างวัตถุเหล่านี้กลายเป็นศูนย์ กระแสไฟฟ้าที่ได้รับคำสั่งจะมีอยู่ในตัวนำที่เชื่อมต่อแผ่นของตัวเก็บประจุที่มีประจุด้วย ในกรณีนี้กระแสจะมาพร้อมกับการวางตัวเป็นกลางของประจุที่อยู่บนแผ่นตัวเก็บประจุและดำเนินต่อไปจนกระทั่งความต่างศักย์ของแผ่นตัวเก็บประจุกลายเป็นศูนย์

ตัวอย่างเหล่านี้แสดงให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้าในตัวนำเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อมีศักย์ต่างกันที่ปลายตัวนำเท่านั้น กล่าวคือ เมื่อมีสนามไฟฟ้าอยู่ในนั้น

แต่ในตัวอย่างที่พิจารณา กระแสไฟฟ้าไม่สามารถคงอยู่ได้นาน เนื่องจากในกระบวนการเคลื่อนย้ายประจุ ศักยภาพของร่างกายจะเท่ากันอย่างรวดเร็วและสนามไฟฟ้าในตัวนำจะหายไป

ดังนั้นเพื่อให้ได้กระแสจึงจำเป็นต้องรักษาศักย์ไฟฟ้าต่างๆ ที่ปลายตัวนำ ในการทำเช่นนี้คุณสามารถถ่ายโอนประจุจากตัวหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่งกลับผ่านตัวนำอื่นซึ่งสร้างวงจรปิดสำหรับสิ่งนี้ อย่างไรก็ตามภายใต้อิทธิพลของแรงของสนามไฟฟ้าเดียวกัน การถ่ายโอนประจุดังกล่าวเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากศักยภาพของวัตถุที่สองนั้นน้อยกว่าศักยภาพของวัตถุแรก ดังนั้นการถ่ายโอนสามารถทำได้โดยกองกำลังที่ไม่ใช่ไฟฟ้าเท่านั้น การมีอยู่ของแรงดังกล่าวได้มาจากแหล่งกำเนิดกระแสที่รวมอยู่ในวงจร

แรงที่กระทำต่อแหล่งกำเนิดปัจจุบันจะถ่ายโอนประจุจากวัตถุที่มีศักยภาพต่ำกว่าไปยังวัตถุที่มีศักยภาพสูงกว่าและทำงานในเวลาเดียวกัน ดังนั้นจึงต้องมีพลังงาน

แหล่งที่มาปัจจุบัน ได้แก่ เซลล์กัลวานิก แบตเตอรี่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ฯลฯ

ดังนั้นเงื่อนไขหลักสำหรับการเกิดกระแสไฟฟ้าคือ: การมีแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าและวงจรปิด

การผ่านของกระแสในวงจรจะมาพร้อมกับปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ง่ายหลายประการ ตัวอย่างเช่นในของเหลวบางชนิดเมื่อมีกระแสไหลผ่านจะสังเกตเห็นการปล่อยสารบนอิเล็กโทรดที่แช่อยู่ในของเหลว กระแสไฟฟ้าในก๊าซมักจะมาพร้อมกับการเรืองแสงของก๊าซ ฯลฯ กระแสไฟฟ้าในก๊าซและสุญญากาศได้รับการศึกษาโดยนักฟิสิกส์และนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสชื่อ Andre Marie Ampere ซึ่งตอนนี้เรารู้ธรรมชาติของปรากฏการณ์ดังกล่าวแล้ว

ดังที่คุณทราบ สุญญากาศเป็นฉนวนที่ดีที่สุด เช่น พื้นที่ที่อากาศถูกสูบออก

แต่เป็นไปได้ที่จะได้รับกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศซึ่งจำเป็นต้องแนะนำตัวพาประจุเข้าไป

เรามาเอาเรือที่สูบลมออกมากันเถอะ แผ่นโลหะสองแผ่นถูกบัดกรีในภาชนะนี้ - อิเล็กโทรดสองอัน เราเชื่อมต่อหนึ่งในนั้น A (ขั้วบวก) กับแหล่งกระแสบวกและ K อีกอัน (แคโทด) เข้ากับแหล่งลบ แรงดันไฟฟ้าระหว่างนั้นเพียงพอที่จะจ่ายไฟ 80 - 100 V.

มาเชื่อมต่อมิลลิแอมป์มิเตอร์ที่มีความละเอียดอ่อนเข้ากับวงจรกัน อุปกรณ์ไม่แสดงกระแสใดๆ นี่แสดงว่าไม่มีกระแสไฟฟ้าอยู่ในสุญญากาศ

มาเปลี่ยนประสบการณ์กันเถอะ ในฐานะแคโทดเราบัดกรีลวดเข้าไปในภาชนะ - ด้ายโดยดึงปลายออกมา เส้นใยนี้จะยังคงเป็นแคโทด การใช้แหล่งกระแสอื่นทำให้เราร้อนขึ้น เราจะสังเกตได้ว่าทันทีที่ไส้หลอดถูกให้ความร้อน อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับวงจรจะแสดงกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ และยิ่งไส้หลอดได้รับความร้อนมากเท่าไร ซึ่งหมายความว่าเมื่อถูกความร้อน ด้ายจะช่วยให้แน่ใจว่ามีอนุภาคที่มีประจุอยู่ในสุญญากาศและเป็นแหล่งกำเนิดของมัน

อนุภาคเหล่านี้มีประจุอย่างไร? ประสบการณ์สามารถให้คำตอบสำหรับคำถามนี้ได้ มาเปลี่ยนขั้วของอิเล็กโทรดที่บัดกรีเข้ากับภาชนะ - เราจะทำเกลียวเป็นขั้วบวกและขั้วตรงข้าม - แคโทด และแม้ว่าไส้หลอดจะถูกให้ความร้อนและส่งอนุภาคที่มีประจุเข้าไปในสุญญากาศ แต่ก็ไม่มีกระแสไฟฟ้า

ตามมาว่าอนุภาคเหล่านี้มีประจุลบเนื่องจากถูกผลักออกจากอิเล็กโทรด A เมื่อประจุมีประจุลบ

อนุภาคเหล่านี้คืออะไร?

ตามทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์ อิเล็กตรอนอิสระในโลหะมีการเคลื่อนไหวที่วุ่นวาย เมื่อเส้นใยถูกให้ความร้อน การเคลื่อนไหวนี้จะรุนแรงขึ้น ในเวลาเดียวกัน อิเล็กตรอนบางตัวได้รับพลังงานที่เพียงพอที่จะออกมา และบินออกจากเส้นด้าย ก่อตัวเป็น "เมฆอิเล็กตรอน" รอบๆ ตัวมัน เมื่อสนามไฟฟ้าเกิดขึ้นระหว่างไส้หลอดและขั้วบวก อิเล็กตรอนจะบินไปที่ขั้วไฟฟ้า A หากเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่ และจะถูกผลักกลับไปยังไส้หลอดหากเชื่อมต่อกับขั้วลบ กล่าวคือ มี มีประจุเดียวกันกับอิเล็กตรอน

ดังนั้นกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศจึงเป็นกระแสตรงของอิเล็กตรอน

ในบทนี้ เราจะศึกษาการไหลของกระแสน้ำเข้าต่อไป สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันโดยเฉพาะในสุญญากาศ พิจารณากลไกการก่อตัวของประจุฟรีโดยพิจารณาอุปกรณ์ทางเทคนิคหลักที่ทำงานบนหลักการของกระแสในสุญญากาศ: ไดโอดและหลอดรังสีแคโทด เราจะระบุคุณสมบัติพื้นฐานของคานอิเล็กตรอนด้วย

ผลการทดลองอธิบายได้ดังต่อไปนี้: โลหะเริ่มปล่อยอิเล็กตรอนออกจากโครงสร้างอะตอมซึ่งเป็นผลมาจากการให้ความร้อน ซึ่งคล้ายกับการปล่อยโมเลกุลของน้ำในระหว่างการระเหย โลหะที่ให้ความร้อนล้อมรอบด้วยเมฆอิเล็กตรอน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการปล่อยความร้อน

ข้าว. 2. แผนการทดลองของเอดิสัน

คุณสมบัติของคานอิเล็กตรอน

ทางเทคโนโลยีเป็นอย่างมาก สำคัญมีการใช้คานอิเล็กตรอน

คำนิยาม.ลำอิเล็กตรอนคือกระแสของอิเล็กตรอนที่มีความยาวมากกว่าความกว้างมาก มันค่อนข้างง่ายที่จะได้รับ ก็เพียงพอที่จะนำหลอดสุญญากาศซึ่งมีกระแสไหลผ่านและสร้างรูในขั้วบวกซึ่งอิเล็กตรอนที่ถูกเร่งจะไป (ที่เรียกว่าปืนอิเล็กตรอน) (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. ปืนอิเล็กตรอน

คานอิเล็กตรอนมีคุณสมบัติสำคัญหลายประการ:

เนื่องจากพลังงานจลน์สูง จึงมีผลกระทบทางความร้อนต่อวัสดุที่กระทบ คุณสมบัตินี้ใช้ในการเชื่อมทางอิเล็กทรอนิกส์ การเชื่อมแบบอิเล็กทรอนิกส์เป็นสิ่งจำเป็นในกรณีที่การรักษาความบริสุทธิ์ของวัสดุเป็นสิ่งสำคัญ เช่น เมื่อทำการเชื่อมเซมิคอนดักเตอร์

• เมื่อชนกับโลหะ ลำอิเล็กตรอนจะช้าลงและปล่อยรังสีเอกซ์ที่ใช้ในทางการแพทย์และเทคโนโลยี (รูปที่ 4)

ข้าว. 4. ภาพที่ถ่ายโดยใช้รังสีเอกซ์ ()

• เมื่อลำอิเล็กตรอนกระทบกับสารบางชนิดที่เรียกว่าฟอสเฟอร์ จะเกิดการเรืองแสง ซึ่งทำให้สามารถสร้างฉากกั้นที่ช่วยติดตามการเคลื่อนที่ของลำแสง ซึ่งแน่นอนว่าไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า
• ความสามารถในการควบคุมการเคลื่อนที่ของคานโดยใช้สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

ควรสังเกตว่าอุณหภูมิที่สามารถปล่อยความร้อนได้จะต้องไม่เกินอุณหภูมิที่โครงสร้างโลหะถูกทำลาย

ในตอนแรก เอดิสันใช้การออกแบบต่อไปนี้เพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ วางตัวนำที่เชื่อมต่อกับวงจรไว้ที่ด้านหนึ่งของหลอดสุญญากาศ และวางอิเล็กโทรดที่มีประจุบวกไว้ที่อีกด้านหนึ่ง (ดูรูปที่ 5):

ข้าว. 5

อันเป็นผลมาจากการที่กระแสผ่านตัวนำมันเริ่มร้อนขึ้นโดยปล่อยอิเล็กตรอนที่ถูกดึงดูดไปยังอิเล็กโทรดบวก ในท้ายที่สุดการเคลื่อนที่โดยตรงของอิเล็กตรอนก็เกิดขึ้นซึ่งอันที่จริงแล้วคือกระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม จำนวนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมามีน้อยเกินไป ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าน้อยเกินไปสำหรับการใช้งานใดๆ ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยการเพิ่มอิเล็กโทรดอื่น อิเล็กโทรดศักย์ไฟฟ้าลบดังกล่าวเรียกว่าอิเล็กโทรดไส้หลอดทางอ้อม เมื่อใช้แล้วจำนวนอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่จะเพิ่มขึ้นหลายเท่า (รูปที่ 6)

ข้าว. 6. การใช้อิเล็กโทรดฟิลาเมนต์ทางอ้อม

เป็นที่น่าสังเกตว่าค่าการนำไฟฟ้าของกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศนั้นเหมือนกับของโลหะ - อิเล็กทรอนิกส์ แม้ว่ากลไกในการปรากฏตัวของอิเล็กตรอนอิสระเหล่านี้จะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

จากปรากฏการณ์การปล่อยความร้อน อุปกรณ์ที่เรียกว่าสุญญากาศไดโอดได้ถูกสร้างขึ้น (รูปที่ 7)

ข้าว. 7. การกำหนดไดโอดสุญญากาศบนแผนภาพไฟฟ้า

ไดโอดสุญญากาศ

มาดูไดโอดสุญญากาศกันดีกว่า ไดโอดมีสองประเภท: ไดโอดที่มีไส้หลอดและขั้วบวก และไดโอดที่มีไส้หลอด ขั้วบวกและแคโทด อันแรกเรียกว่าไดเร็กต์ฟิลาเมนต์ไดโอด ส่วนอันที่สองเรียกว่าไดเร็กต์ฟิลาเมนต์ไดโอด ในเทคโนโลยีมีการใช้ทั้งประเภทที่หนึ่งและที่สองอย่างไรก็ตามไดโอดไส้หลอดโดยตรงมีข้อเสียที่เมื่อถูกความร้อนความต้านทานของไส้หลอดจะเปลี่ยนไปซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของกระแสผ่านไดโอด และเนื่องจากการดำเนินการบางอย่างโดยใช้ไดโอดต้องใช้กระแสคงที่โดยสมบูรณ์จึงแนะนำให้ใช้ไดโอดประเภทที่สองมากกว่า

ในทั้งสองกรณี อุณหภูมิของเส้นใยสำหรับการแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพจะต้องเท่ากับ .

ไดโอดใช้ในการแก้ไขกระแสสลับ หากใช้ไดโอดเพื่อแปลงกระแสไฟทางอุตสาหกรรม จะเรียกว่าคีโนตรอน

อิเล็กโทรดที่อยู่ใกล้กับองค์ประกอบที่ปล่อยอิเล็กตรอนเรียกว่าแคโทด () และอีกอันเรียกว่าแอโนด () เมื่อเชื่อมต่ออย่างถูกต้อง กระแสจะเพิ่มขึ้นตามแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น เมื่อต่อแบบย้อนกลับ จะไม่มีกระแสไหลเลย (รูปที่ 8) ด้วยวิธีนี้ ไดโอดสุญญากาศจะเปรียบเทียบได้ดีกับไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งเมื่อเปิดเครื่องอีกครั้ง จะมีกระแสไฟฟ้าอยู่ถึงแม้จะน้อยที่สุดก็ตาม เนื่องจากคุณสมบัตินี้ ไดโอดสุญญากาศจึงถูกนำมาใช้เพื่อแก้ไขกระแสสลับ

ข้าว. 8. ลักษณะแรงดันกระแสของไดโอดสุญญากาศ

อุปกรณ์อื่นที่สร้างขึ้นตามกระบวนการไหลของกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศคือไตรโอดไฟฟ้า (รูปที่ 9) การออกแบบแตกต่างจากการออกแบบไดโอดเมื่อมีอิเล็กโทรดตัวที่สามเรียกว่ากริด อุปกรณ์อย่างเช่นหลอดรังสีแคโทดซึ่งประกอบขึ้นเป็นอุปกรณ์จำนวนมาก เช่น ออสซิลโลสโคปและโทรทัศน์แบบหลอด ก็ขึ้นอยู่กับหลักการของกระแสในสุญญากาศเช่นกัน

ข้าว. 9. วงจรไตรโอดสุญญากาศ

หลอดแคโทดเรย์

ดังที่ได้กล่าวไปแล้วข้างต้น จากคุณสมบัติของการแพร่กระจายของกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ อุปกรณ์ที่สำคัญเช่นหลอดรังสีแคโทดจึงได้รับการออกแบบ โดยอาศัยคุณสมบัติของคานอิเล็กตรอนเป็นหลัก มาดูโครงสร้างของอุปกรณ์ตัวนี้กัน หลอดรังสีแคโทดประกอบด้วยกระติกสุญญากาศที่มีส่วนขยาย ปืนอิเล็กตรอน แคโทดสองตัว และอิเล็กโทรดสองคู่ตั้งฉากกัน (รูปที่ 10)

ข้าว. 10. โครงสร้างของหลอดรังสีแคโทด

หลักการทำงานมีดังนี้: อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากปืนเนื่องจากการปล่อยความร้อนจะถูกเร่งเนื่องจากศักย์ไฟฟ้าเชิงบวกที่ขั้วบวก จากนั้น โดยการใช้แรงดันไฟฟ้าที่ต้องการกับคู่อิเล็กโทรดควบคุม เราสามารถเบี่ยงเบนลำอิเล็กตรอนได้ตามต้องการทั้งในแนวนอนและแนวตั้ง หลังจากนั้นลำแสงที่พุ่งตรงจะตกลงไปที่หน้าจอฟอสเฟอร์ซึ่งช่วยให้เราเห็นภาพของวิถีลำแสงที่อยู่บนหน้าจอ

หลอดรังสีแคโทดใช้ในอุปกรณ์ที่เรียกว่าออสซิลโลสโคป (รูปที่ 11) ซึ่งออกแบบมาเพื่อศึกษาสัญญาณไฟฟ้าและในโทรทัศน์ CRT ยกเว้นเพียงลำเดียวที่ลำแสงอิเล็กตรอนถูกควบคุมโดยสนามแม่เหล็ก

ข้าว. 11. ออสซิลโลสโคป ()

ในบทต่อไป เราจะดูการผ่านของกระแสไฟฟ้าในของเหลว

บรรณานุกรม

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. ฟิสิกส์ ( ระดับพื้นฐานของ) - ม.: นีโมซิน, 2012.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. ฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10 - อ.: อิเลกซ่า, 2548.
3. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. ฟิสิกส์. ไฟฟ้ากระแส. - ม.: 2010.

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

การบ้าน

1. การปล่อยก๊าซอิเล็กทรอนิกส์คืออะไร?
2. วิธีการควบคุมลำอิเล็กตรอนมีอะไรบ้าง?
3. ค่าการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างไร
4. อิเล็กโทรดฟิลาเมนต์ทางอ้อมใช้ทำอะไร?
5. *คุณสมบัติหลักของไดโอดสุญญากาศคืออะไร? มันเกิดจากอะไร?

กระแสไฟฟ้าสามารถสร้างขึ้นได้ไม่เฉพาะในโลหะเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นในสุญญากาศด้วย เช่น ในหลอดวิทยุ ในหลอดรังสีแคโทด ให้เราค้นหาธรรมชาติของกระแสในสุญญากาศ

โลหะประกอบด้วยอิเล็กตรอนอิสระที่เคลื่อนที่แบบสุ่มจำนวนมาก เมื่ออิเล็กตรอนเข้าใกล้พื้นผิวของโลหะ แรงดึงดูดที่กระทำต่ออิเล็กตรอนจากด้านข้างของไอออนบวกและพุ่งเข้าด้านในจะป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากโลหะ งานที่ต้องทำเพื่อเอาอิเล็กตรอนออกจากโลหะในสุญญากาศเรียกว่า ฟังก์ชั่นการทำงานมันแตกต่างกันสำหรับโลหะที่แตกต่างกัน ดังนั้น สำหรับทังสเตน ก็มีค่าเท่ากับ 7.2*10 -19 ก.หากพลังงานของอิเล็กตรอนน้อยกว่าหน้าที่การทำงาน ก็ไม่สามารถหลุดออกจากโลหะได้ มีอิเล็กตรอนจำนวนมากแม้จะอยู่ในอุณหภูมิห้องซึ่งมีพลังงานไม่มากไปกว่าฟังก์ชันการทำงานมากนัก เมื่อออกจากโลหะพวกมันก็เคลื่อนตัวออกไปจากมันในระยะทางสั้น ๆ และภายใต้อิทธิพลของแรงดึงดูดของไอออนกลับคืนสู่โลหะซึ่งเป็นผลมาจากชั้นบาง ๆ ของอิเล็กตรอนขาออกและขากลับซึ่งอยู่ในสมดุลไดนามิก เกิดขึ้นใกล้ผิวน้ำ เนื่องจากการสูญเสียอิเล็กตรอน พื้นผิวโลหะจึงมีประจุบวก

เพื่อให้อิเล็กตรอนออกจากโลหะได้ จะต้องทำงานกับแรงผลักของสนามไฟฟ้าของชั้นอิเล็กตรอนและต้านแรงของสนามไฟฟ้าของพื้นผิวที่มีประจุบวกของโลหะ (รูปที่ 85. ก) ที่อุณหภูมิห้องแทบจะไม่มีอิเล็กตรอนตัวใดที่สามารถหลุดออกไปเกินชั้นสองชั้นที่มีประจุได้

เพื่อให้อิเล็กตรอนหลุดออกไปเกินชั้นสองชั้นได้ พวกมันต้องมีพลังงานมากกว่าฟังก์ชันการทำงานมาก เมื่อต้องการทำเช่นนี้ พลังงานจะถูกจ่ายให้กับอิเล็กตรอนจากภายนอก เช่น โดยการให้ความร้อน การปล่อยอิเล็กตรอนโดยวัตถุที่ถูกความร้อนเรียกว่าการปล่อยความร้อนนี่เป็นหนึ่งในข้อพิสูจน์ว่ามีอิเล็กตรอนอิสระอยู่ในโลหะ

ปรากฏการณ์การปล่อยความร้อนสามารถสังเกตได้ในการทดลองดังกล่าว เมื่อชาร์จอิเล็กโตรมิเตอร์ในเชิงบวก (จากแท่งแก้วไฟฟ้า) เราจะเชื่อมต่อเข้ากับตัวนำกับอิเล็กโทรด A ของหลอดสุญญากาศสาธิต (รูปที่ 85, b) อิเล็กโตรมิเตอร์ไม่คายประจุ เมื่อปิดวงจรแล้วเราก็ทำให้ด้าย K ร้อนขึ้น เราเห็นว่าเข็มอิเล็กโทรมิเตอร์ลดลง - อิเล็กโทรมิเตอร์ถูกปล่อยออกมา อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากเส้นใยร้อนจะถูกดึงดูดไปยังอิเล็กโทรด A ที่มีประจุบวก และทำให้ประจุเป็นกลาง การไหลของอิเล็กตรอนความร้อนจากเส้นใยไปยังอิเล็กโทรด A ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ

หากอิเล็กโตรมิเตอร์มีประจุเป็นลบ ก็จะไม่คายประจุในการทดลองดังกล่าว อิเล็กตรอนที่หนีออกจากเส้นใยจะไม่ถูกดึงดูดโดยอิเล็กโทรด A อีกต่อไป แต่ในทางกลับกัน จะถูกผลักออกจากเส้นใยและกลับสู่เส้นใย

มาประกอบวงจรไฟฟ้ากัน (รูปที่ 86) เมื่อด้าย K ไม่ได้รับความร้อน วงจรระหว่างมันกับอิเล็กโทรด A จะเปิดขึ้น - เข็มกัลวาโนมิเตอร์อยู่ที่ศูนย์ ไม่มีกระแสในวงจรของมัน ด้วยการปิดกุญแจ เราจะให้ความร้อนแก่ไส้หลอด กระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจรกัลวาโนมิเตอร์ เนื่องจากอิเล็กตรอนเทอร์โมนิกปิดวงจรระหว่างไส้หลอดและอิเล็กโทรด A จึงทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศคือการไหลโดยตรงของอิเล็กตรอนภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าความเร็วของการเคลื่อนที่ในทิศทางของอิเล็กตรอนที่ทำให้เกิดกระแสในสุญญากาศนั้นมากกว่าความเร็วของการเคลื่อนที่ในทิศทางของอิเล็กตรอนที่ทำให้เกิดกระแสในโลหะหลายพันล้านเท่า ดังนั้นความเร็วของการไหลของอิเล็กตรอนที่ขั้วบวกของหลอดเครื่องรับวิทยุจึงสูงถึงหลายพันกิโลเมตรต่อวินาที

นี่เป็นเรื่องย่อสั้นๆ

การทำงานในเวอร์ชันเต็มยังคงดำเนินต่อไป

บรรยาย20

กระแสในสุญญากาศ

1. หมายเหตุเกี่ยวกับสุญญากาศ

ในสุญญากาศไม่มีกระแสไฟฟ้าเพราะว่า ในสุญญากาศทางอุณหพลศาสตร์ไม่มีอนุภาค

อย่างไรก็ตาม สุญญากาศที่ใช้งานได้จริงที่ดีที่สุดก็คือ

,

เหล่านั้น. อนุภาคจำนวนมาก

อย่างไรก็ตาม เมื่อพูดถึงกระแสในสุญญากาศ มันหมายถึงสุญญากาศในอุดมคติในแง่อุณหพลศาสตร์ เช่น ไม่มีอนุภาคสมบูรณ์ อนุภาคที่ได้รับจากแหล่งบางแห่งมีหน้าที่รับผิดชอบในการไหลของกระแส

2. หน้าที่การทำงาน

ดังที่ทราบกันดีว่าในโลหะมีก๊าซอิเล็กตรอนซึ่งถูกยึดโดยแรงดึงดูดของโครงตาข่ายคริสตัล ภายใต้สภาวะปกติ พลังงานของอิเล็กตรอนไม่สูงจึงกักเก็บไว้ในคริสตัล

หากเราเข้าใกล้แก๊สอิเล็กตรอนจากตำแหน่งคลาสสิก เช่น สมมติว่าเป็นไปตามการกระจายตัวของแมกซ์เวลล์-โบลต์ซมันน์ จึงเห็นได้ชัดว่ามีอนุภาคจำนวนมากที่มีความเร็วสูงกว่าค่าเฉลี่ย ดังนั้นอนุภาคเหล่านี้จึงมีพลังงานเพียงพอที่จะหลุดออกจากคริสตัลและก่อตัวเป็นเมฆอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้มัน

พื้นผิวโลหะจะมีประจุบวก เกิดชั้นสองชั้นขึ้นซึ่งช่วยป้องกันการกำจัดอิเล็กตรอนออกจากพื้นผิว ดังนั้นเพื่อที่จะกำจัดอิเล็กตรอนออกไปจึงจำเป็นต้องให้พลังงานเพิ่มเติมแก่มัน

คำนิยาม: หน้าที่ของอิเล็กตรอนจากโลหะ คือพลังงานที่ต้องส่งให้อิเล็กตรอนเพื่อเอาออกจากผิวโลหะจนไม่มีที่สิ้นสุดในสถานะศูนย์อีเค.

ฟังก์ชั่นการทำงานแตกต่างกันไปตามโลหะแต่ละชนิด

โลหะ	ฟังก์ชั่นการทำงาน eV
	1,81

3. การปล่อยก๊าซอิเล็กทรอนิกส์

ภายใต้สภาวะปกติ พลังงานของอิเล็กตรอนจะค่อนข้างต่ำและจับกันอยู่ภายในตัวนำ มีหลายวิธีในการให้พลังงานเพิ่มเติมแก่อิเล็กตรอน ปรากฏการณ์การปล่อยอิเล็กตรอนภายใต้อิทธิพลภายนอกเรียกว่าการปล่อยอิเล็กตรอน และถูกค้นพบโดยเอดิสันในปี พ.ศ. 2430 ขึ้นอยู่กับวิธีการส่งพลังงาน การปล่อยก๊าซ 4 ประเภทมีความโดดเด่น:

1. การปล่อยความร้อน (TEE) วิธีการ – การจ่ายความร้อน (การให้ความร้อน)

2. การปล่อยโฟโตอิเล็กตรอน (PEE) วิธี – การให้แสงสว่าง

3. การปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิ (SEE) วิธี – การทิ้งระเบิดอนุภาค

4. การปล่อยอิเล็กตรอนภาคสนาม (FEE) วิธี – สนามไฟฟ้ากำลังแรง

4. การปล่อยมลพิษอัตโนมัติ

เมื่อสัมผัสกับสนามไฟฟ้าแรงสูง อิเล็กตรอนสามารถถูกขับออกจากพื้นผิวโลหะได้

ค่าแรงดันไฟฟ้านี้เพียงพอที่จะดึงอิเล็กตรอนออกมาได้

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการปล่อยความเย็น หากสนามแม่เหล็กแรงพอ จำนวนอิเล็กตรอนก็จะมีมากขึ้น และผลที่ตามมาก็คือ กระแสอาจมีขนาดใหญ่ขึ้น ตามกฎหมาย Joule-Lenz ความร้อนจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมา และ AEE สามารถเปลี่ยนเป็น TEE ได้

5. การปล่อยโฟโตอิเล็กตรอน (PEE)

ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริคเป็นที่ทราบกันมานานแล้ว ดูที่ "ทัศนศาสตร์"

6. การปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิ (SEE)

ปรากฏการณ์นี้ใช้ในอุปกรณ์ photomultiplying (PMT)

ในระหว่างการดำเนินการ จำนวนอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้นเหมือนหิมะถล่ม ใช้สำหรับบันทึกสัญญาณไฟอ่อน

7. ไดโอดสุญญากาศ

ในการศึกษา TEE จะใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าสุญญากาศไดโอด ส่วนใหญ่มักประกอบด้วยกระบอกสูบโคแอกเชียลสองกระบอกที่วางอยู่ในขวดสุญญากาศแก้ว

แคโทดถูกให้ความร้อนด้วยกระแสไฟฟ้าไม่ว่าทางตรงหรือทางอ้อม ด้วยกระแสตรงกระแสจะไหลผ่านแคโทดเองด้วยกระแสไฟฟ้าทางอ้อมตัวนำเพิ่มเติมจะถูกวางไว้ภายในแคโทดซึ่งเป็นไส้หลอด การให้ความร้อนจะเกิดขึ้นกับอุณหภูมิที่ค่อนข้างสูง ดังนั้นแคโทดจึงมีความซับซ้อน ฐานเป็นวัสดุทนไฟ (ทังสเตน) และการเคลือบเป็นวัสดุที่มีฟังก์ชันการทำงานต่ำ (ซีเซียม)

ไดโอดเป็นขององค์ประกอบที่ไม่เชิงเส้นเช่น มันไม่เป็นไปตามกฎของโอห์ม ว่ากันว่าไดโอดเป็นองค์ประกอบที่มีการนำไฟฟ้าทางเดียว คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของไดโอดส่วนใหญ่อธิบายโดยกฎหมาย Boguslavsky – Langmuir หรือกฎ "3/2"

เมื่ออุณหภูมิของเส้นใยเพิ่มขึ้น คุณลักษณะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันจะเลื่อนขึ้นและกระแสอิ่มตัวจะเพิ่มขึ้น การพึ่งพาความหนาแน่นกระแสอิ่มตัวกับอุณหภูมิอธิบายโดยกฎริชาร์ดสัน – เดชแมน

การใช้วิธีสถิติควอนตัมสามารถหาสูตรนี้ได้ค่าคงที่= บีเช่นเดียวกับโลหะทุกชนิด การทดลองพบว่าค่าคงที่ แตกต่าง.

8. วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น

9. คลื่นเต็มวงจรเรียงกระแส (ตัวคุณเอง)

10. การใช้หลอดไฟ

ข้อดีของหลอดไฟได้แก่

· ความง่ายในการควบคุมการไหลของอิเล็กตรอน

· พลังงานสูง

· ส่วนใหญ่ของคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเกือบเป็นเส้นตรง

· หลอดถูกใช้ในแอมพลิฟายเออร์อันทรงพลัง

ข้อเสีย ได้แก่ :

· ประสิทธิภาพต่ำ

· การใช้พลังงานสูง

กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ

สุญญากาศคือสถานะของก๊าซซึ่งมีความดันน้อยกว่าบรรยากาศ มีสุญญากาศต่ำ กลาง และสูง

ในการสร้างสุญญากาศที่สูง ซึ่งเป็นการทำให้บริสุทธิ์ที่ต้องการ ซึ่งในก๊าซที่เหลืออยู่นั้น เส้นทางอิสระของโมเลกุลโดยเฉลี่ยจะมากกว่าขนาดของภาชนะหรือระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดในภาชนะ ดังนั้นหากมีการสร้างสุญญากาศในภาชนะ โมเลกุลในนั้นแทบจะไม่ชนกันและบินอย่างอิสระผ่านช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรด ในกรณีนี้จะเกิดการชนกับอิเล็กโทรดหรือผนังของภาชนะเท่านั้น

เพื่อให้กระแสมีอยู่ในสุญญากาศ จำเป็นต้องวางแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนอิสระไว้ในสุญญากาศ ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนอิสระสูงสุดในโลหะ แต่ที่อุณหภูมิห้องพวกมันไม่สามารถออกจากโลหะได้เพราะพวกมันถูกกักไว้ในนั้นโดยแรงดึงดูดคูลอมบ์ของไอออนบวก ในการเอาชนะแรงเหล่านี้ อิเล็กตรอนจะต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่งซึ่งเรียกว่าฟังก์ชันการทำงาน เพื่อที่จะออกจากพื้นผิวโลหะ

หากพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนเกินหรือเท่ากับฟังก์ชันการทำงาน มันจะออกจากพื้นผิวของโลหะและกลายเป็นอิสระ

กระบวนการเปล่งอิเล็กตรอนออกจากพื้นผิวโลหะเรียกว่าการปล่อย การปล่อยก๊าซหลายประเภทนั้นขึ้นอยู่กับว่าพลังงานที่ต้องการโดยอิเล็กตรอนถูกถ่ายโอนอย่างไร หนึ่งในนั้นคือการปล่อยอิเล็กตรอนความร้อน

Ø การปล่อยอิเล็กตรอนโดยตัวให้ความร้อนเรียกว่าการปล่อยแบบเทอร์โมอิเล็กทรอนิกส์

ปรากฏการณ์การปล่อยความร้อนทำให้อิเล็กโทรดโลหะที่ได้รับความร้อนปล่อยอิเล็กตรอนอย่างต่อเนื่อง อิเล็กตรอนก่อตัวเป็นเมฆอิเล็กตรอนรอบๆ อิเล็กโทรด ในกรณีนี้อิเล็กโทรดจะมีประจุบวก และภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าของคลาวด์ที่มีประจุ อิเล็กตรอนจากคลาวด์จะถูกส่งกลับไปยังอิเล็กโทรดบางส่วน

ในสภาวะสมดุล จำนวนอิเล็กตรอนที่ออกจากอิเล็กโทรดต่อวินาทีจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่กลับสู่อิเล็กโทรดในช่วงเวลานี้

2. กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ

เพื่อให้กระแสมีอยู่ได้ จะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขสองประการ: การมีอยู่ของอนุภาคที่มีประจุอิสระและสนามไฟฟ้า เพื่อสร้างเงื่อนไขเหล่านี้ อิเล็กโทรดสองตัว (แคโทดและแอโนด) จะถูกวางไว้ในกระบอกสูบ และอากาศจะถูกสูบออกจากกระบอกสูบ จากการให้ความร้อนแก่แคโทด อิเล็กตรอนจึงบินออกมาจากแคโทด ศักย์ไฟฟ้าลบถูกนำไปใช้กับแคโทด และศักย์ไฟฟ้าบวกถูกนำไปใช้กับขั้วบวก

กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศคือการเคลื่อนที่โดยตรงของอิเล็กตรอนซึ่งเป็นผลมาจากการปล่อยความร้อน

3. ไดโอดสุญญากาศ

ไดโอดสูญญากาศสมัยใหม่ประกอบด้วยกระบอกแก้วหรือโลหะเซรามิกซึ่งอากาศจะถูกถ่ายออกไปที่ความดัน 10-7 มม. ปรอท ศิลปะ. อิเล็กโทรดสองตัวถูกบัดกรีเข้าไปในกระบอกสูบ โดยหนึ่งในนั้นคือแคโทด ซึ่งมีรูปทรงของกระบอกโลหะแนวตั้งที่ทำจากทังสเตน และมักจะเคลือบด้วยชั้นออกไซด์ของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ

มีตัวนำหุ้มฉนวนอยู่ภายในแคโทดซึ่งได้รับความร้อนจากกระแสสลับ แคโทดที่ได้รับความร้อนจะปล่อยอิเล็กตรอนที่ไปถึงขั้วบวก ขั้วบวกของหลอดไฟมีลักษณะเป็นทรงกระบอกกลมหรือวงรีซึ่งมีแกนร่วมกับแคโทด

การนำไฟฟ้าทางเดียวของไดโอดสุญญากาศนั้นเกิดจากการที่อิเล็กตรอนบินออกจากแคโทดร้อนและเคลื่อนไปยังขั้วบวกเย็นเนื่องจากความร้อน อิเล็กตรอนสามารถไหลผ่านไดโอดจากแคโทดไปยังขั้วบวกเท่านั้น (นั่นคือ กระแสไฟฟ้าสามารถไหลในทิศทางตรงกันข้ามเท่านั้น: จากขั้วบวกไปยังแคโทด)

รูปนี้แสดงคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้ากระแสของไดโอดสุญญากาศ (ค่าแรงดันไฟฟ้าลบสอดคล้องกับกรณีที่ศักย์แคโทดสูงกว่าศักย์แอโนด นั่นคือสนามไฟฟ้า "พยายาม" เพื่อส่งอิเล็กตรอนกลับไปที่แคโทด)

ไดโอดสุญญากาศใช้เพื่อแก้ไขกระแสสลับ หากคุณวางอิเล็กโทรด (กริด) อื่นไว้ระหว่างแคโทดและแอโนด การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าระหว่างกริดและแคโทดแม้เพียงเล็กน้อยก็จะส่งผลกระทบอย่างมากต่อกระแสแอโนด หลอดอิเล็กตรอน (ไตรโอด) ดังกล่าวช่วยให้คุณสามารถขยายสัญญาณไฟฟ้าที่อ่อนแอได้ ดังนั้นบางครั้งโคมไฟเหล่านี้จึงเป็นองค์ประกอบหลัก อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์.

4. หลอดรังสีแคโทด

กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศถูกใช้ในหลอดรังสีแคโทด (CRT) โดยที่เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงโทรทัศน์หรือออสซิลโลสโคปเป็นเวลานาน

รูปภาพนี้แสดงการออกแบบ CRT ที่เรียบง่าย

“ปืน” อิเล็กตรอนที่คอของท่อคือแคโทด ซึ่งปล่อยลำแสงอิเล็กตรอนที่รุนแรงออกมา ระบบพิเศษของกระบอกสูบที่มีรู (1) เน้นลำแสงนี้และทำให้แคบลง เมื่ออิเล็กตรอนกระทบหน้าจอ (4) มันจะเริ่มเรืองแสง สามารถควบคุมการไหลของอิเล็กตรอนได้โดยใช้แผ่นแนวตั้ง (2) หรือแนวนอน (3)

พลังงานสำคัญสามารถถ่ายโอนไปยังอิเล็กตรอนในสุญญากาศได้ คานอิเล็กตรอนสามารถใช้เพื่อหลอมโลหะในสุญญากาศได้