Електричний струм у вакуумі

Емісія – це вихід електронів з металу під дією зовнішніх факторів.

Явище термоелектронної емісії полягає в тому, що нагріті метали випускають електрони. Електрон провідності може вилетіти з будь-якого металу тоді, коли його енергія (кінетична) перевищує роботу виходу електрона з металу.

Внаслідок термоелектронної емісії виникає термоелектронний струм.

Явище термоелектронної емісії на практиці можна спостерігати за допомогою вакуумної лампи-діода, в яку впаяно два електроди - катод К і анод А (рис.3). Катод нагрівається електричним струмом від батареї розжарювання Б_р. Регулюючи за допомогою реостата R_р силу струму розжарювання, можна змінювати температуру катода. Від батареї на електроди подається напруга U_a, величину якої можна змінювати за допомогою потенціометра П і вимірювати вольтметром V . Термоелектронний струм I_a вимірюється гальванометром G.

Рис.35

Сила термоелектронного струму I_a залежить від напруги U_a, яка прикладена між

катодом та анодом, температури катода і матеріалу, з якого виготовлений катод.

Рис.36

На рис.3 подано залежність термоелектронного струму I_a від напруги U_aпри різних температурах катода. Ця крива називається вольт-амперною характеристикою діода. При малих значеннях U_a криві при різних температурах збігаються.

При невеликих анодних напругах сила струму спочатку повільно зростає з підвищенням напруги. Це пояснюється тим, що при невеликих значеннях U_a не всі електрони, які вийшли з катода, досягають анода. Частина електронів між катодом і анодом утворює електронну хмаринку (просторовий заряд), яка перешкоджає руху до анода електронів, які знову вилетіли з катода. Із збільшенням напруги U_a електронна хмаринка поступово розсіюється і струм I_a зростає. При U_a=U_н зростання струму припиняється. Це пов’язано з тим, що кількість електронів, які долітають до анода за одиницю часу, дорівнює кількості електронів, що вилітають за той самий час з катода.

Максимальний термоелектронний струм, можливий при даній температурі катода, називаютьструмом насиченняI_н.

При малих значеннях U_a << U_н залежність термоелектронного струму від анодної напруги описується законом Богуславського - Ленгмюра

де В – коефіцієнт, який залежить від форми електродів та їх взаємного розміщення.

Математично залежність густини струму насичення описується за класичною електронною теорією формулою Рісардсона:

де ,туте, т, п – відповідно, заряд, маса та концентрація електронів в металі, k – стала Больцмана.

Отже, за класичною електронною теорією коефіцієнт А залежить від концентрації електронів п і для різних металів є неоднаковим.

За квантовою теорією густина струму Насичення визначаєтьсяформулою Річардсона- Дешмена:

де

Отже, стала В є однаковою для всіх металів. Проте таке В не виявлене у жодного з металів. Розбіжності пояснюються тим, що в теоретичних розрахунках використовується модель ідеального електронного газу.

Обидві теорії правильно передають експоненціальну залежність густини струму j_н від температури. Множники Т^1/2 і Т² відіграють другорядну роль, оскільки показникова функція змінюється значно сильніше за степеневу.

Лекція №14

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Алгебраїчна сума струмів у вузлі дорівнює нулю.	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.