Меню

Электрический ток в вакууме электронно лучевая трубка электронная эмиссия

§ 3.11. Электрический ток в вакууме

Когда говорят об электрическом токе в вакууме, то имеют в виду такую степень разрежения газа, при которой можно пренебречь соударениями между его молекулами. В этом случае средняя длина свободного пробега молекул больше размеров сосуда.

Такой разреженный газ является изолятором, так как в нем нет (или почти нет) свободных заряженных частиц — носителей электрического тока.

На рисунке 3.27 изображена схема цепи, содержащей сосуд, из которого откачан воздух. В этот сосуд впаяны два электрода, один из которых (анод (А) соединен с положительным полюсом источника тока (батарея G1), другой (катод К) — с отрицательным. Несмотря на достаточно большое напряжение, которое обеспечивает источник тока (около 100 В), включенный в цепь чувствительный гальванометр не фиксирует тока; это указывает на отсутствие в вакууме свободных носителей заряда.

Электронная эмиссия

Электрический ток в вакууме будет существовать, если ввести в сосуд свободные носители заряда. Как это осуществить?

Наиболее просто проводимость межэлектродного промежутка в вакууме можно обеспечить с помощью электронной эмиссии с поверхности электродов. Электронная эмиссия возникает в случаях, когда часть электронов металла (электрода) приобретает в результате внешних воздействий энергию, достаточную для преодоления их связи с металлом (для совершения работы выхода Авых).

В § 3.8 мы уже познакомились с двумя видами электронной эмиссии: ионно-электронной эмиссией (при бомбардировке катода положительными ионами) и термоэлектронной эмиссией (испускание электронов с поверхности достаточно нагретого металла). Электроны испускаются также при воздействии на поверхность металла электромагнитным излучением. Такое явление называется фотоэлектронной эмиссией. И наконец, с поверхности металла испускаются электроны при бомбардировке ее быстрыми электронами. Это вторичная электронная эмиссия.

Все виды эмиссии широко используются для получения электрического тока в вакууме. Однако в большинстве современных электронных вакуумных приборов используется термоэлектронная эмиссия.

Получение электрического тока в вакууме

Посмотрим, как, используя термоэлектронную эмиссию, можно получить ток в вакууме. Для этой цели внесем изменения в цепь, схема которой изображена на рисунке 3.27. В качестве катода в вакуумном баллоне теперь впаяна вольфрамовая нить, концы которой выведены наружу и присоединены к источнику тока — батарее накала G2 (рис. 3.28). Замкнем ключ S2 и, когда вольфрамовая нить накалится, замкнем и ключ S1. Стрелка прибора при этом отклонится, в цепи появился ток. Значит, накаленная нить обеспечивает появление необходимых для существования тока носителей заряда — заряженных частиц.

С помощью опыта нетрудно убедиться, что эти частицы заряжены отрицательно.

Изменим полярность анодной батареи G1 — нить станет анодом, а холодный электрод — катодом (рис. 3.29). И хотя нить по-прежнему накалена и по-прежнему посылает в вакуум заряженные частицы, тока в цепи нет.

Из этого опыта следует, что частицы, испускаемые накаленной нитью, заряжены отрицательно — отталкиваются от холодного катода и притягиваются к аноду. Измерением заряда и массы было доказано, что катод испускает электроны.

Итак, электрический ток в вакууме представляет собой направленный поток электронов.

В отличие от тока в металлическом проводнике (где проводимость тоже электронная), в вакууме электроны движутся между электродами, ни с чем не сталкиваясь. Поэтому под действием электрического поля электроны непрерывно ускоряются. Скорость электронов у анода даже в маломощных электровакуумных приборах достигает нескольких тысяч километров в секунду, что в десятки миллиардов раз превышает среднюю скорость направленного движения электронов в металле.

Источник

Электрический ток вакууме Термоэлектронная эмиссия. Электронно-лучевая трубка. — презентация

Презентация была опубликована 7 лет назад пользователемМарфа Шамшурина

Читайте также:  Допустимый ток утечки в легковом автомобиле

Похожие презентации

Презентация на тему: » Электрический ток вакууме Термоэлектронная эмиссия. Электронно-лучевая трубка.» — Транскрипт:

1 Электрический ток вакууме Термоэлектронная эмиссия. Электронно-лучевая трубка.

2 Термоэлектронная эмиссия Процесс испускания электронов сильно нагретыми веществами называют термоэлектронной эмиссией. Этот процесс представляет собой испарение при некоторой температуре, при которой еще нет испарения самого вещества.

3 Односторонняя проводимость Электрод Электронное облако

5 Электронный луч: свойства Попадая на вещество – вызывает нагрев; При торможении вызывает возникновение рентгеновских лучей; Некоторые вещества под действием лучей излучают свет; Движутся прямолинейно; Отклоняются электрическим и магнитным полями.

7 Применение электронно-вакуумных ламп.

8 Применение электронно-вакуумных ламп. Мониторы.

9 Вакуумные приборы. Вакуумный фотоэлемент.

10 Вакуумные приборы. Вакуумные лампы.

11 Вакуумные приборы. Вакуумный триод.

12 Применение вакуумных приборов. Линейный ускоритель.

13 Применение вакуумных приборов. Большой линейный ускоритель.

14 Гигиенические требования использования электронно- вакуумных приборов: Работа с устройствами не более 2-х часов в сутки; Рабочая область экрана на расстоянии не менее 30 см от глаз; Установка защитных экранов; Опасность удара электрическим током (до 2000 В).

Источник

Электрический ток в вакууме электронно лучевая трубка электронная эмиссия

§ 45. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ВАКУУМЕ. ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ.

Возможность управлять движением заряженных частиц в вакууме с помощью внешних электрических и магнитных полей служит основой для работы электронно-лучевых трубок и других электровакуумных приборов.

Вакуумом называют разряженный газ, концентрация молекул в котором так мала, что они не сталкиваются друг с другом. Поэтому вакуум является идеальным изолятором. Однако , если внести в вакуум свободные заряженные частицы, например, электроны, то он становится проводником тока. При этом движением свободных зарядов в вакууме легко управлять, т.к. они не сталкиваются с молекулами разряженного газа. Приборы, в которых электрический ток проходит через вакуум, называют электровакуумными.

Источником заряженных частиц для вакуума может быть поверхность металла, нагретого до высоких температур (1500-2500 о С). При таких температурах часть свободных электронов металла обладает энергией, достаточной для того, чтобы разорвать все имеющиеся связи и покинуть поверхность металла. Это явление, напоминающее испарение молекул с поверхности жидкости, называют термоэлектронной эмиссий.

Простейшим электровакуумным прибором является вакуумный диод — устройство, пропускающее ток только в одном направлении. Обычно, вакуумный диод – это стеклянная лампа (1), внутри которой создан вакуум (рис. 45а) и находятся вольфрамовая нить (2, катод) и металлический цилиндр (3, анод). Чтобы нагреть вольфрамовую нить диода, через неё пропускают ток, и в результате термоэлектронной эмиссии рядом с раскалённой нитью появляется облако электронов. Поэтому, если диод подключить к источнику тока, соединив нить (2) с его отрицательным полюсом, а цилиндр (3) – с положительным (рис. 45а), то электроны из облака вокруг нити будут двигаться к цилиндру, и через диод пойдёт ток. Противоположное подключение – нить к плюсу источника тока, а цилиндр – к его минусу, не вызовет тока, т.к. поле внутри диода будет отталкивать электроны от цилиндра. Таким образом, в вакуумном диоде электроны могут двигаться только в одном направлении – от горячего катода к холодному аноду. Вакуумные диоды используются для преобразования переменного тока в постоянный .

Электрическое поле может не только вызывать движение заряженных частиц в вакууме, как это происходит в диоде, но и изменять траекторию этого движения. На рис. 45б показано, как изменяется, загибаясь вправо, траектория движения электрона пролетающего между пластинами заряженного плоского конденсатора. Таким образом, пролетая между пластинами конденсаторов, электроны могут менять свои траектории в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Читайте также:  Блефаропластика аппаратом плазменного тока

Так как электроны в вакууме не испытывают никаких столкновений, их скорость в электровакуумных приборах может достигать очень больших значений. Легко посчитать, что в вакуумном диоде, между анодом и катодом которого приложено напряжение 100 В , электроны разгоняются до 6 . 10 6 м/с, что в миллиарды раз больше, чем скорость их упорядоченного движения в металлах. При торможении электронов их кинетическая энергия может переходить в энергию излучения (например, рентгеновского), тепловую и другие формы энергии.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), или кинескоп является самым важным элементом в большинстве телевизоров и компьютерных мониторов. ЭЛТ состоит из стеклянной колбы (1, на рис. 45в), внутри которой находится вакуум. Один из концов колбы узкий и длинный, а другой — широкий и достаточно плоский — экран (2). Внутренняя стеклянная поверхность экрана покрыта люминофором, веществом, которое при бомбардировке электронами испускает свет. В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов — иттрия, эрбия и т. п. Для создания изображения в ЭЛТ используется электронная пушка, из катода (3) которой под действием сильного электростатического поля исходит поток (луч) электронов (4). Отклонение электронного луча в вертикальной и горизонтальной плоскости, а также его фокусировка происходит посредством специальной отклоняющей системы (5), создающей необходимую комбинацию электрических и магнитных полей.

Вопросы для повторения:

· Какой газ называют вакуумом?

· Что такое термоэлектронная эмиссия?

· Почему вакуумный диод пропускает ток только в одном направлении?

· Объясните принципы работы ЭЛТ?

Рис. 45. (а) – вакуумный диод и схема его подключения: 1 — стеклянная колба, 2 – вольфрамовая нить, 3 — анод; (б) –и зменение траектории электрона между пластинами плоского конденсатора; (в) – конструкция электронно-лучевой трубки: 1 – стеклянная колба, 2 – экран, 3 – катод, 4 – электронный луч, 5 – система отклонения и фокусировки луча.

Источник



Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Диод. Электронно-лучевая трубка.

date image2015-06-28
views image4982

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Вакуум – такая степень разрежения газа, при которой можно пренебрегать соударениями между его молекулами и считать, что средняя длина свободного пробега l превышает линейные размеры d сосуда, в котором находится газ (l » d).

Явление термоэлектронной эмиссии заключается в испускании электронов нагретыми телами. При этом средняя кинетическая энергия свободных электронов должна быть равна или больше работы выхода.

Это явление лежит в основе принципа действия электровакуумных приборов (радиоламп, электронно-лучевых трубок и т.д.).

Современный диод состоит из стеклянного или металличе­ского баллона, из которого тщательно откачан воздух. В баллон впаяны два электрода, один из которых (катод) К делают в виде нити из тугоплавкого металла, обычно вольфрама, которая может накаляться от источника тока (батареи накала) для создания электронного «облака» в баллоне. Анод диода А чаще всего имеет форму цилиндра, внутри которого вдоль оси расположен накаливаемый катод.

Рассмотренный катод — катод прямого накала — приме­няется редко. Наиболее распространены катоды косвенного подогрева. Они представляют собой полупроводниковый слой, нанесенный на керамическую трубочку. Нагреваются эти катоды миниатюрной электрической печкой.

На рисунке дано схематическое изображение диода с катодом пря­мого (а) и косвенного (б) накала.

При увеличении анодного напряжения все большее коли­чество эмитированных катодом электронов увлекается элект­рическим полем, и сила анодного тока резко возрастает до тех пор, пока напряжение не достигнет значения , при ко­тором все эмитированные катодом за единицу времени элект­роны будут перемещаться полем к аноду. Сила анодного тока достигает максимального значения , которое называется силой тока насыщения диода, и дальнейшее повышение анод­ного напряжения не ведет к увеличению силы анодного тока. Анодное напряжение получило название напряжения насыщения.

Читайте также:  Что такое коэффициент усиления тока базы

При напряжении сила тока I очень мала, значи­тельно меньше силы тока насыщения , поэтому считают, что вольтамперная характеристика проходит через начало коор­динат, то есть пренебрегают силой тока и считают, что при и .

Очень важным и необходимым элементом телевизора, осциллографа, радиолокатора и других приборов является электронно-лучевая трубка. В узком конце ваку­умного баллона находится цилиндрический катод 2, подогре­ваемый электрическим током с помощью металлической спи­рали 1. Диафрагма 3 выделяет узкий электронный пучок (электронный луч). В электрическом поле между катодом и цилиндрическими анодами 4 и 5 электроны разгоняются до скорости порядка 10 4 км/с. Катод с подогревателем, диафрагма и анод образуют электронную пушку.

Электронный луч 8 проходит через два конденсатора 6 и 7, пластины
которых размещены во взаимно перпендикулярных плоскостях, и попадает на экран 9, покрытый веще­ством, светящимся под действием электронов. В месте паде­ния луча на экране возникает светящаяся точка.

При подаче на пластины конденсатора 6 постоянного напряжения направление электронного луча изменится и светящаяся точка сместится вдоль вертикали. В случае переменного напряжения электронный луч будет колебаться в вертикальной плоскости и на экране появится светящаяся вертикальная линия, длина которой зависит от значения приложенного напряжения.

Электронно-лучевая трубка является основной частью электронного осцил­лографа, широко использующегося в науке и технике при изучении разнообразных быстротекущих процессов (как электрических, так и неэлектриче­ских после превращения их в электрические).

Кроме нее, в осциллографе есть генератор пилообразного напряжения (генератор раз­вертки), источник питания электронной пушки, блоки с регу­ляторами фокусирования и яркости, а также некоторые другие вспомогательные устройства и детали. В частности, для наблюдения слабых электрических сигналов в осцил­лографе предвиден усилитель, причем соответствующим регу­лятором можно изменять амплитуду наблюдаемых на экране колебаний в нужных размерах.

Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная электропроводность полупроводников. Зависимость сопротивления полупроводников от температуры. Электронно-дырочный переход. Полупроводниковый диод. Транзистор.

Полупроводники – вещества, у которых удельное сопротивление ρ при комнатных температурах находится в пределах 10 -4 ÷10 -7 Ом . м. В отличие от металлов удельное сопротивление полупроводников уменьшается с повышением температуры.

Важнейшими полупроводниковыми материалами являются германий (Ge) и кремний (Si), атомы которых имеют по 4 валентных электрона, связанных с электронами соседних атомов (ковалентная связь).

Тепловое движение, а также различные внешние воздействия (свет, электрическое поле) приводят к освобождению электрона из межатомной связи. На этом месте в решетке появляется дырка, имеющая положительный заряд. Под действием напряжения электроны дрейфуют к положительному полюсу. Возникает собственная электронная проводимость (проводимость п-типа).

Дырки движутся к отри­цательному полюсу, причем их место занимают свободные электроны. Электропроводность чистого полупроводника, обусловленная упорядочен­ным перемещением дырок, называется собственной дырочной проводи­мостью (р — типа). В чистом полупроводнике, проводимость которого обусловлена тепловым возбуждением, одинаковое число электронов и дырок движется в противоположных направлениях. Проводимость возрастает при повышении температуры.

С точки зрения зонной теории электрон, получивший дополнительную энергию, освобождается, т.е. переходит из валентной зоны в зону проводимости. На его место в валентной зоне переходит электрон с более низкого энергетического уровня, что соответствует движению положительного заряда (дырки) в направлении, противоположном движению электрона. Такой тип проводимости называется собственной проводимостью.

Источник