Áram, elektromos áram vákuumban. Elektrovákuum készülékek Elektromos áramok vákuumgázokban

Elektromos áram nem csak fémekben, hanem vákuumban is létrejöhet, például rádiócsövekben, katódsugárcsövekben. Nézzük meg az áram természetét vákuumban.

A fémeknek nagyszámú szabad, véletlenszerűen mozgó elektronja van. Amikor egy elektron megközelíti a fém felületét, a pozitív ionok oldaláról rá ható, befelé irányuló vonzó erők megakadályozzák, hogy az elektron elhagyja a fémet. Azt a munkát, amelyet el kell végezni ahhoz, hogy egy elektront vákuumban eltávolítsunk a fémről, ún kilép a munkából. Különböző fémeknél eltérő. Tehát a volfrám esetében egyenlő 7,2 * 10 -19 j. Ha egy elektron energiája kisebb, mint a munkafüggvényé, akkor nem tudja elhagyni a fémet. még sok elektron is szobahőmérséklet, amelynek energiája nem sokkal nagyobb, mint a munkafüggvény. A fém elhagyása után kis távolságra eltávolodnak tőle, és az ionok vonzási erejének hatására visszatérnek a fémhez, aminek következtében a kimenő és visszatérő elektronok vékony rétege képződik a fém közelében. felületek, amelyek dinamikus egyensúlyban vannak. Az elektronvesztés miatt a fém felülete pozitív töltésű lesz.

Ahhoz, hogy egy elektron elhagyja a fémet, az elektronréteg elektromos mezőjének taszító erőivel és a fém pozitív töltésű felületének elektromos mezőjének erőivel szemben kell munkát végeznie (85. a. ábra). Szobahőmérsékleten szinte nincs olyan elektron, amely kijuthatna a kettős töltésű rétegből.

Ahhoz, hogy az elektronok kirepüljenek a kettős rétegből, sokkal nagyobb energiával kell rendelkezniük, mint a munkafüggvény. Ehhez kívülről energiát juttatnak az elektronokhoz, például melegítéssel. A fűtött test elektronkibocsátását termionikus emissziónak nevezzük. Ez az egyik bizonyíték a szabad elektronok jelenlétére a fémben.

A termikus emisszió jelensége egy ilyen kísérletben figyelhető meg. Miután az elektrométert pozitívan töltöttük (elektromos üvegrúdról), egy vezetővel csatlakoztatjuk egy bemutató vákuumlámpa A elektródájához (85. ábra, b). Az elektrométer nem merít. Az áramkör lezárása után a K menetet világítjuk. Látjuk, hogy az elektrométer tűje leesik - az elektrométer lemerült. A felhevült izzószál által kibocsátott elektronok a pozitív töltésű A elektródhoz vonzódnak, és semlegesítik annak töltését. A termoelektronok áramlása az izzószálról az A elektródára elektromos tér hatására kialakul elektromosság légüres térben.

Ha az elektrométer negatívan töltődik, akkor egy ilyen kísérletben nem kisüt. Az izzószálból kirepülő elektronokat az A elektród már nem vonzza, hanem éppen ellenkezőleg, taszítja onnan, és visszakerül az izzószálba.

Szereljük össze az elektromos áramkört (86. ábra). Fűtetlen K menet esetén az áramkör az A elektróda között nyitva van - a galvanométer tűje nullán áll. Az áramkörében nincs áram. A kulcs bezárása után felmelegítjük az izzószálat. A galvanométer áramkörén áram ment keresztül, mivel a termoelektronok lezárták az izzószál és az A elektród közötti áramkört, ezáltal vákuumban elektromos áramot képezve. A vákuumban lévő elektromos áram az elektronok irányított áramlása elektromos tér hatására. A vákuumban áramot képező elektronok irányított mozgásának sebessége milliárdszor nagyobb, mint a fémekben áramot képező elektronok irányított mozgásának sebessége. Így a rádióvevő lámpáinak anódján az elektronok áramlásának sebessége eléri a másodpercenként több ezer kilométert.

Töltött szabad részecskék mozgása, amelyek elektromos tér hatására vákuumban történő kibocsátás eredménye

Leírás

Az elektromos áram vákuumban történő előállításához szabad hordozók jelenléte szükséges. Fémekből elektronok kibocsátásával nyerhetők - elektronemisszió (a latin emissio szóból - kibocsátás).

Mint tudják, normál hőmérsékleten az elektronok a fém belsejében vannak, annak ellenére, hogy hőmozgást végeznek. Következésképpen a felület közelében erők hatnak az elektronokra, és a fém belsejébe irányulnak. Ezek azok az erők, amelyek az elektronok és a kristályrács pozitív ionjai közötti vonzás következtében keletkeznek. Ennek eredményeként a fémek felületi rétegében elektromos tér jelenik meg, és a potenciál egy bizonyos Dj értékkel megnő, amikor a külső térből a fémbe kerül. Ennek megfelelően az elektron potenciális energiája e Dj -vel csökken.

terjesztés helyzeti energiaábrán látható egy korlátozott fém U elektronja. egy.

U elektronpotenciálenergia diagram korlátos fémben

Rizs. egy

Itt W0 a fémen kívül nyugvó elektron energiaszintje, F a Fermi-szint (az az energiaérték, amely alatt a részecskék (fermionok) rendszerének minden állapota abszolút nullán el van foglalva), E c a legkisebb energiája vezetési elektronok (a vezetési sáv alja). Az eloszlás potenciálkút alakú, mélysége e Dj =W 0 - E c (elektron affinitás); Ф \u003d W 0 - F - termikus munkafunkció (munkafunkció).

Az elektron fémből való kijutásának feltétele W і W 0, ahol W a fémben lévő elektron teljes energiája.

Szobahőmérsékleten ez a feltétel csak az elektronok jelentéktelen részére teljesül, ami azt jelenti, hogy a fémből távozó elektronok számának növelése érdekében bizonyos mennyiségű munkát kell eltölteni, vagyis további pluszt kell adni nekik. elegendő energia a fémből való kihúzáshoz, elektronemisszió megfigyelése: ha a fém fel van hevítve - termikus, ha bombázzák az elektronokat vagy ionokat - szekunder, ha megvilágítják - fotoemisszió.

Tekintsük a termikus emissziót.

Ha a forró fém által kibocsátott elektronokat elektromos tér gyorsítja, akkor áramot képeznek. Ilyen elektronáramot vákuumban lehet elérni, ahol a molekulákkal és atomokkal való ütközések nem zavarják az elektronok mozgását.

A termikus emisszió megfigyelésére két elektródát tartalmazó üreges lámpa szolgálhat: az egyik tűzálló anyagból (molibdén, volfrám stb.) készült huzal, amelyet árammal melegítenek (katód), a másik pedig hideg elektródát, amely összegyűjti a termoelektronokat (anód). Az anódot leggyakrabban henger alakban adják meg, amelyben egy izzó katód található.

Tekintsünk egy áramkört a termikus emisszió megfigyelésére (2. ábra).

Elektromos áramkör a termikus emisszió megfigyelésére

Rizs. 2

Az áramkör tartalmaz egy D diódát, melynek fűtött katódja a B akkumulátor negatív pólusához, az anód pedig a pozitív pólusához csatlakozik; milliamperméter mA, amely a D diódán áthaladó áramot méri, és egy V voltmérő, amely a katód és az anód közötti feszültséget méri. Hideg katód esetén nincs áram az áramkörben, mivel a diódában lévő erősen kisütött gáz (vákuum) nem tartalmaz töltött részecskéket. Ha a katódot további forrással melegítik, akkor a milliampermérő regisztrálja az áram megjelenését.

Állandó katódhőmérséklet mellett a diódában lévő termikus áram erőssége az anód és a katód közötti potenciálkülönbség növekedésével nő (lásd 3. ábra).

Dióda áram-feszültség jellemzői különböző katód hőmérsékleteken

Rizs. 3

Ezt a függést azonban nem fejezi ki az Ohm-törvényhez hasonló törvény, amely szerint az áramerősség arányos a potenciálkülönbséggel; ez a függőség bonyolultabb, grafikusan a 2. ábrán látható, például a 0-1-4 görbe (feszültségkarakterisztika). Az anód pozitív potenciáljának növekedésével az áramerősség a 0-1 görbének megfelelően nő, az anódfeszültség további növekedésével az áramerősség elér egy bizonyos maximális i n értéket, amelyet dióda telítési áramnak nevezünk, és szinte megszűnik az anódfeszültségtől való függés (a görbe 1-4. szakasza).

Minőségi szempontból a diódaáram feszültségtől való függése a következőképpen magyarázható. Ha a potenciálkülönbség nulla, akkor a diódán átmenő áram (az elektródák között kellő távolság mellett) is nulla, mivel a katódot elhagyó elektronok elektronfelhőt alkotnak a közelében, ami egy elektromos mezőt hoz létre, amely lelassítja az újonnan kibocsátást. elektronok. Az elektronkibocsátás leáll: hány elektron hagyja el a fémet, ugyanannyi tér vissza hozzá az elektronfelhő fordított mezőjének hatására. Az anódfeszültség növekedésével csökken az elektronok koncentrációja a felhőben, csökken a gátló hatása, és nő az anódáram.

Az i diódaáram függése az U anódfeszültségtől a következőképpen alakul:

ahol a az elektródák alakjától és elhelyezkedésétől függő együttható.

Ez az egyenlet a 0-1-2-3 görbét írja le, és Boguslavsky-Langmuir törvénynek vagy „3/2-es törvénynek” nevezik.

Amikor az anódpotenciál olyan magasra nő, hogy minden időegységben a katódot elhagyó elektronok elérik az anódot, az áram eléri a maximális értékét, és megszűnik az anódfeszültségtől függeni.

A katód hőmérsékletének növekedésével az áram-feszültség karakterisztikát a 0-1-2-5, 0-1-2-3-6 stb. görbék ábrázolják, azaz különböző hőmérsékletek a telítési áram i n értékei eltérőnek bizonyulnak, amelyek gyorsan nőnek a hőmérséklet emelkedésével. Ezzel egyidejűleg nő az anódfeszültség, amelyre a telítési áramot állítják be.

A vákuumban elektromos áram áthaladhat, feltéve, hogy szabad töltéshordozókat helyeznek el benne. Végül is a vákuum minden anyag hiánya. Ez azt jelenti, hogy nincsenek áramot biztosító töltéshordozók. A vákuum fogalmát úgy határozhatjuk meg, mint amikor a molekula szabad útja nagyobb, mint az edény mérete.

Annak érdekében, hogy megtudjuk, hogyan biztosítható az áram vákuumban való áthaladása, kísérletet végzünk. Neki elektrométerre és vákuumlámpára van szükségünk. Vagyis egy vákuumú üveglombik, amelyben két elektróda van. Az egyik fémlemez formájában készül, nevezzük anódnak. A második pedig tűzálló anyagból készült huzalspirál formájában, nevezzük katódnak.

Csatlakoztassa a lámpa elektródáit az elektrométerhez oly módon, hogy a katód az elektrométer testéhez, az anód pedig a rúdhoz csatlakozzon. Jelentsük a töltést az elektrométernek. Rúdjára pozitív töltést helyezve. Látni fogjuk, hogy a töltés a lámpa jelenléte ellenére megmarad az elektrométeren. Ez nem meglepő, mert a lámpában az elektródák között nincsenek töltéshordozók, vagyis nem léphet fel áram az elektrométer kisütésére.

1. ábra - vákuumcső töltött elektrométerhez csatlakoztatva

Most egy áramforrást csatlakoztatunk a katódhoz huzalspirál formájában. Ez felmelegíti a katódot. És látni fogjuk, hogy az elektrométer töltése csökkenni kezd, amíg teljesen el nem tűnik. Hogyan történhetett ez meg, mert a lámpa elektródái közötti résben nem voltak töltéshordozók, amelyek a vezetési áramot biztosítanák.

Nyilvánvalóan megjelentek valahogy a töltéshordozók. És ez azért történt, mert amikor a katódot felmelegítették, a katód felületéről elektronok bocsátottak ki az elektródák közötti térbe. Mint tudják, a fémeknek szabad vezetési elektronjaik vannak. Amelyek képesek a fém térfogatában mozogni a rács csomópontjai között. De nincs elég energiájuk ahhoz, hogy elhagyják a fémet. Mivel a rács pozitív ionjai és az elektronok közötti Coulomb-vonzási erők tartják őket.

Az elektronok kaotikus hőmozgást végeznek, a vezető mentén mozogva. A fém határához közeledve, ahol nincsenek pozitív ionok, lelassulnak, és végül visszatérnek a belsejébe a Coulomb-erő hatására, amely két ellentétes töltést igyekszik közelebb hozni. De ha a fémet felmelegítik, akkor a hőmozgás megnő, és az elektron elegendő energiát szerez ahhoz, hogy elhagyja a fém felületét.

Ilyenkor a katód körül úgynevezett elektronfelhő képződik. Ezek olyan elektronok, amelyek elhagyták a vezető felületét, és külső elektromos tér hiányában visszatérnek oda. Mivel az elektronok elvesztésével a vezető pozitív töltésűvé válik. Ez a helyzet, ha először felmelegítjük a katódot, és az elektrométer kisülne. A mező hiányozna belülről.

De mivel töltés van az elektrométeren, olyan mezőt hoz létre, amely mozgásra készteti az elektronokat. Ne feledje, hogy az anódon pozitív töltés van, és az elektronokat általában befolyásolja a mező. Így vákuumban elektromos áram figyelhető meg.

Ha azt mondjuk, fordítva csatlakoztatjuk az elektrométert, ami meg fog történni. Kiderül, hogy a lámpa anódján negatív, a katódon pozitív potenciál lesz. A katód felületéről kibocsátott összes elektron azonnal visszatér a tér hatására. Mivel a katódnak most még nagyobb pozitív potenciálja lesz, vonzza az elektronokat. És az anódon túl sok elektron lesz, ami taszítja az elektronokat a katód felületéről.

2. ábra - vákuumlámpa áram-feszültsége

Az ilyen lámpát vákuumdiódának nevezik. Az áramot csak egy irányba tudja továbbítani. Egy ilyen lámpa áram-feszültség karakterisztikája két részből áll. Ohm törvénye az első részben teljesül. Vagyis a feszültség növekedésével egyre több a katódból kibocsátott elektron jut el az anódhoz, és ezáltal az áramerősség nő. A második szakaszban a katódból kibocsátott összes elektron eléri az anódot, és a feszültség további növelésével az áram nem növekszik. Egyszerűen nincs benne megfelelő mennyiségű elektron. Ezt a területet telítettségnek nevezik.

Tantárgy. Elektromos áram vákuumban

Az óra célja: elmagyarázni a tanulóknak az elektromos áram természetét a vákuumban.

Az óra típusa: óra új tananyag tanulása.

TANTERV

ÚJ TANULÁSI ANYAG

A vákuum a gáznak az az állapota, ahol a nyomás kisebb, mint a légköri nyomás. Különbséget tegyen alacsony, közepes és nagy vákuum között.

A nagyvákuum létrehozásához ritkításra van szükség, amelyhez a visszamaradó gázban a molekulák átlagos szabad útja nagyobb, mint az ér mérete vagy az edényben lévő elektródák közötti távolság. Következésképpen, ha az edényben vákuum jön létre, akkor a benne lévő molekulák szinte nem ütköznek egymással, és szabadon repülnek át az elektródák közötti térben. Ebben az esetben csak az elektródákkal vagy az érfalakkal ütköznek.

Ahhoz, hogy a vákuumban áram létezzen, szabad elektronok forrását kell elhelyezni a vákuumban. A szabad elektronok legnagyobb koncentrációja a fémekben. De szobahőmérsékleten nem hagyhatják el a fémet, mert a pozitív ionok Coulomb-vonzóereje tartja őket benne. Ezen erők leküzdéséhez az elektronnak bizonyos mennyiségű energiát kell elköltenie ahhoz, hogy elhagyja a fémfelületet, amit munkafüggvénynek nevezünk.

Ha egy elektron kinetikus energiája meghaladja a munkafüggvényt vagy egyenlő azzal, akkor elhagyja a fém felületét és szabaddá válik.

A fém felületéről elektronok kibocsátásának folyamatát emissziónak nevezzük. Attól függően, hogy a szükséges energiát hogyan adták át az elektronoknak, többféle emisszió létezik. Az egyik a termoelektronikus emisszió.

Ø A felmelegített testek elektronkibocsátását termoelektronikus emissziónak nevezzük.

A termikus emisszió jelensége oda vezet, hogy egy felhevített fémelektróda folyamatosan elektronokat bocsát ki. Az elektronok elektronfelhőt képeznek az elektród körül. Ebben az esetben az elektróda pozitív töltésű, és a töltött felhő elektromos mezőjének hatására a felhőből az elektronok részben visszatérnek az elektródához.

Egyensúlyi állapotban az elektródát egy másodperc alatt elhagyó elektronok száma megegyezik azon elektronok számával, amelyek ezalatt az elektródára visszatérnek.

Az áram létezéséhez két feltételnek kell teljesülnie: szabad töltésű részecskék jelenléte és elektromos tér. E feltételek megteremtése érdekében két elektródát (katódot és anódot) helyeznek a ballonba, és levegőt pumpálnak ki a ballonból. A katód melegítése következtében elektronok repülnek ki belőle. A katódra negatív, az anódra pozitív potenciál kerül.

A modern vákuumdióda üveg vagy kerámia-fém hengerből áll, amelyből a levegőt 10-7 Hgmm nyomásra evakuálják. Művészet. A ballonba két elektródát forrasztanak, amelyek közül az egyik - a katód - függőleges fémhenger alakú volfrámból, és általában alkáliföldfém-oxid réteggel van bevonva.

A katód belsejében egy szigetelt vezető található, amelyet váltakozó árammal melegítenek. A fűtött katód elektronokat bocsát ki, amelyek elérik az anódot. A lámpa anódja egy kerek vagy ovális henger, amelynek közös tengelye van a katóddal.

A vákuumdióda egyirányú vezetése abból adódik, hogy a melegítés hatására az elektronok kirepülnek a forró katódból, és a hideg anódra költöznek. Az elektronok csak a diódán keresztül tudnak mozogni a katódról az anódra (vagyis az elektromos áram csak ellenkező irányba folyhat: az anódról a katódra).

Az ábra a vákuumdióda áram-feszültség karakterisztikáját reprodukálja (negatív feszültségérték annak az esetnek felel meg, amikor a katódpotenciál nagyobb, mint az anódpotenciál, vagyis az elektromos tér „megpróbálja” visszavezetni az elektronokat a katódra) .

A vákuumdiódákat a váltakozó áram egyenirányításához használják. Ha még egy elektródát (rácsot) helyezünk a katód és az anód közé, akkor a rács és a katód közötti feszültség kismértékű változása is jelentősen befolyásolja az anódáramot. Egy ilyen vákuumcső (trióda) lehetővé teszi a gyenge elektromos jelek erősítését. Ezért egy ideig ezek a lámpák voltak az elektronikus eszközök fő elemei.

A katódsugárcsőben (CRT) vákuumban lévő elektromos áramot használtak, amely nélkül sokáig nem lehetett elképzelni egy TV-t vagy egy oszcilloszkópot.

Az ábra a katódsugárcső tervezésének egyszerűsített nézetét mutatja.

A cső nyakánál található elektron "ágyú" a katód, amely intenzív elektronsugarat bocsát ki. Egy speciális hengerrendszer lyukakkal (1) fókuszálja ezt a sugarat, ami keskenyebbé teszi. Amikor az elektronok elérik a képernyőt (4), az világítani kezd. Az elektronáramlás függőleges (2) vagy vízszintes (3) lemezekkel szabályozható.

Vákuumban jelentős energia vihető át az elektronokra. Az elektronsugarak akár fémek vákuumban történő olvasztására is használhatók.

KÉRDÉS DIÁKHOZ AZ ÚJ ANYAG BEMUTATÁSA ALATT

Első szint

1. Mi a célja a nagyvákuumnak az elektroncsövekben?

2. Miért csak egy irányba vezet a vákuumdióda?

3. Mi a célja az elektronágyúnak?

4. Hogyan történik az elektronsugarak szabályozása?

Második szint

1. Milyen jellemzői vannak a vákuumdióda áram-feszültség karakterisztikának?

2. Működni fog egy rádiólámpa törött üveggel az űrben?

A VIZSGÁLT ANYAG KONFIGURÁLÁSA

1. Mit kell tenni, hogy a trielektródos lámpát diódaként lehessen használni?

2. Hogyan lehet: a) növelni az elektronok sebességét a nyalábban; b) megváltoztatja az elektronok mozgásának irányát; c) leállítja az elektronok mozgását?

1. A vákuumdiódában a maximális anódáram 50 mA. Hány elektront bocsát ki a katód másodpercenként?

2. Az U 1 \u003d 5 kV feszültséggel felgyorsított elektronnyaláb egy lapos kondenzátorba repül a lemezek között, velük párhuzamosan. A kondenzátor hossza l = 10 cm, a lemezek közötti távolság d = 10 mm. A kondenzátoron mekkora minimális U 2 feszültség mellett nem repülnek ki belőle elektronok?

Megoldások. Az elektron mozgása egy vízszintesen eldobott test mozgásához hasonlít.

Az elektronsebesség v vízszintes komponense nem változik, egybeesik a gyorsulás utáni elektronsebességgel. Ez a sebesség az energiamegmaradás törvényével határozható meg: Itt e az elemi elektromos töltés, me az elektron tömege. Az a függőleges gyorsulás a kondenzátor elektromos teréből ható F erőt adja át az elektronnak. Newton második törvénye szerint

hol van az elektromos térerősség a kondenzátorban.

Az elektronok nem repülnek ki a kondenzátorból, ha d / 2 távolsággal elmozdulnak.

Így, az elektron mozgásának ideje a kondenzátorban. Innen

A mennyiségi egységek ellenőrzése és behelyettesítése után számértékek, U 2 \u003d 100 B-t kapunk.

AMIT TANULTUNK A LECKEBEN

A vákuum olyan ritka gáz, hogy a molekulák átlagos szabad útja meghaladja az edény lineáris méreteit.

Azt az energiát, amelyet egy elektronnak el kell fordítania ahhoz, hogy elhagyja a fém felületét, munkafüggvénynek nevezzük.

A felmelegített testek elektronkibocsátását termoelektronikus emissziónak nevezzük.

A vákuumban lévő elektromos áram az elektronok irányított mozgása, amely a termikus emisszió eredményeként jön létre.

A vákuumdióda egyirányú vezetésű.

A katódsugárcső lehetővé teszi az elektronok mozgásának szabályozását. A CRT tette lehetővé a televíziózást.

Házi feladat

1. 1. alpont: 17. §; 2. alpont: 9. §.

Riv1 No. 6.12; 6,13; 6.14.

Riv2 No. 6.19; 6,20; 6,22, 6,23.

3. D: önálló munkára felkészítés 4. sz.

MEGJEGYZÉSEK ÖNÁLLÓ MUNKÁBÓL 4. sz. "KÖZVETLEN ÁRAMLÁS TÖRVÉNYEI"

1. feladat (1,5 pont)

Milyen részecskék mozgása hoz létre elektromos áramot a folyadékokban?

Az atomok mozgása.

Vajon a molekulák mozgását.

In Az elektronok mozgása.

D Pozitív és negatív ionok mozgása.

Az ábrán egy Tesla transzformátor segítségével létrehozott elektromos kisülés látható a levegőben.

És bármely gáz elektromos árama abba az irányba irányul, ahol a negatív ionok mozognak.

Bármely gáz vezetőképessége csak az elektronok mozgásának köszönhető.

Bármely gáz vezetőképessége csak az ionok mozgásának köszönhető.

D Bármely gáz vezetőképessége csak elektronok és ionok mozgásának köszönhető.

A 3. feladat megfeleltetés (logikai pár) felállítását célozza. Minden betűvel jelölt sorhoz párosítsa a számmal jelölt állítást!

A n-típusú félvezetők.

B Félvezetők p-típusú.

elektronikus vezetőképesség.

D Lyuk vezetőképesség.

1 Félvezetők, amelyekben a lyukak a többségi töltéshordozók.

2 Félvezetők, amelyekben a töltéshordozók többsége elektron.

3 Félvezető vezetőképessége a lyukak mozgása miatt.

4 Félvezető vezetőképessége az elektronok mozgásából.

5 Félvezetők, amelyekben a fő töltéshordozók az elektronok és a lyukak.

Milyen áramerősség mellett végezték el a CuSO 4 vizes oldatának elektrolízisét, ha 2 perc alatt. 160 g réz szabadult fel a katódon?

Küldje el a jó munkát a tudásbázis egyszerű. Használja az alábbi űrlapot

Azok a hallgatók, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik tanulmányaikban és munkájuk során használják fel a tudásbázist, nagyon hálásak lesznek Önnek.

közzétett http://www.allbest.ru/

ElElektromos áram vákuumban

1. Katódsugárcső

A vákuum egy olyan gázállapot az edényben, amelyben a molekulák az edény egyik falától a másikig repülnek, és soha nem ütköztek egymással.

Vákuumszigetelő, a benne lévő áram csak a töltött részecskék mesterséges bevitele miatt keletkezhet, ehhez az anyagok elektronkibocsátását (emisszióját) használják. Fűtött katóddal ellátott vákuumlámpákban termikus emisszió, fotodiódában pedig fotoelektronikus emisszió történik.

Magyarázzuk meg, miért nincs spontán szabad elektronkibocsátás egy fém által. Az ilyen elektronok fémben való létezése a kristályban lévő atomok közelségének következménye. Ezek az elektronok azonban csak abban az értelemben szabadok, hogy nem tartoznak bizonyos atomokhoz, hanem a kristály egészéhez tartoznak. A szabad elektronok egy része a fém felületéhez közeli kaotikus mozgás eredményeként kirepül belőle. A fémfelület egy mikroterülete, amely korábban elektromosan semleges volt, pozitív, kompenzálatlan töltést kap, amelynek hatására a kibocsátott elektronok visszatérnek a fémbe. Folyamatosan zajlanak az indulási-visszatérési folyamatok, melynek eredményeként a fémfelület felett egy cserélhető elektronfelhő képződik, a fémfelület pedig kettős elektromos réteget képez, melynek bezáró erőivel szemben a munkafunkciót kell ellátni. Ha elektronemisszió történik, akkor bizonyos külső hatások (fűtés, világítás) végeztek ilyen munkát

A termikus emisszió a magas hőmérsékletre hevített testek azon tulajdonsága, hogy elektronokat bocsátanak ki.

A katódsugárcső egy üveglombik, amelyben nagy vákuumot hoznak létre (10-6 fok-10-7 fok Hgmm). Az elektronok forrása egy vékony huzalspirál (ez egyben katód is). A katóddal szemben egy üreges henger alakú anód található, amelybe az elektronsugár egy keskeny apertúrájú membránt tartalmazó fókuszáló hengeren áthaladva jut. A katód és az anód között több kilovolt feszültséget tartanak fenn. Az elektromos térrel felgyorsított elektronok a membrán apertúráján kirepülnek, és egy olyan anyagból készült képernyőre repülnek, amely elektronütés hatására világít.

Az elektronsugár szabályozására két pár fémlemezt használnak, amelyek közül az egyik függőlegesen, a másik vízszintesen helyezkedik el. Ha a lemezek bal oldala negatív, a jobb oldali pozitív potenciállal rendelkezik, akkor a nyaláb jobbra tér el, és ha a lemezek polaritása megváltozik, akkor a sugár balra. Ha ezekre a lemezekre feszültséget kapcsolunk, akkor a nyaláb a vízszintes síkban oszcillál. Hasonlóképpen, a sugár a függőleges síkban oszcillál, ha váltakozó feszültség van a függőlegesen eltérítő lemezeken. Az előző lemezek vízszintesen elhajlottak.

2. Elektromos áram vákuumban

Mi az a vákuum?

Ez a gáz ritkításának olyan foka, amelynél gyakorlatilag nincs molekulák ütközése;

Elektromos áram nem lehetséges, mert. az ionizált molekulák lehetséges száma nem tud elektromos vezetőképességet biztosítani;

Vákuumban elektromos áramot hozhat létre, ha töltött részecskéket tartalmazó forrást használ; gerendacsöves vákuumdióda

A töltött részecskék forrásának hatása a termikus emisszió jelenségén alapulhat.

3. vákuum dióda

Elektromos áram vákuumban lehetséges az elektroncsövekben.

A vákuumcső olyan eszköz, amely a termikus emisszió jelenségét használja.

A vákuumdióda egy kételektródos (A-anód és K-katód) elektroncső.

Nagyon alacsony nyomás jön létre az üvegtartály belsejében

H - a katód belsejében elhelyezett izzószál, amely felmelegíti azt. A fűtött katód felülete elektronokat bocsát ki. Ha az anód a + áramforráshoz, a katód pedig a -hoz csatlakozik, akkor az áramkör folyik

állandó termikus áram. A vákuumdióda egyirányú vezetésű.

Azok. áram az anódban lehetséges, ha az anódpotenciál nagyobb, mint a katódpotenciál. Ebben az esetben az elektronfelhőből származó elektronok az anódhoz vonzódnak, és vákuumban elektromos áramot hoznak létre.

4. Volt-ampervákuumdióda karakterisztika

Alacsony feszültségnél az anódnál a katód által kibocsátott elektronok nem mindegyike éri el az anódot, és az elektromos áram kicsi. Nagy feszültségeknél az áram eléri a telítettséget, azaz. maximális érték.

A váltakozó áram egyenirányításához vákuumdiódát használnak.

Áram a dióda egyenirányító bemenetén

Egyenirányító kimeneti árama

5. elektronsugarak

Ez egy gyorsan repülő elektronok folyama vákuumcsövekben és gázkisüléses eszközökben.

Az elektronsugarak tulajdonságai:

Eltérni elektromos mezőkben;

Eltérni a mágneses mezőkben a Lorentz-erő hatására;

Az anyagot eltaláló nyaláb lassítása során röntgensugarak keletkeznek;

Egyes szilárd és folyékony testek (foszforok) fényét (lumineszcenciáját) okozza;

Felmelegítik az anyagot, ráesnek.

6. Katódsugárcső (CRT)

Felhasználják a termikus emisszió jelenségeit és az elektronsugarak tulajdonságait.

A katódsugárcső elektronágyúból, vízszintes és függőleges terelőelektródalapokból és képernyőből áll.

Az elektronágyúban a felmelegített katód által kibocsátott elektronok áthaladnak a vezérlőrács elektródán, és az anódok felgyorsítják őket. Az elektronágyú egy pontra fókuszálja az elektronsugarat, és megváltoztatja a képernyő fényerejét. Az eltérítő vízszintes és függőleges lemezek lehetővé teszik, hogy a képernyőn lévő elektronsugarat a képernyő bármely pontjára mozgassa. A cső képernyőjét foszfor borítja, amely elektronokkal bombázva világít.

Kétféle cső létezik:

1) az elektronsugár elektrosztatikus szabályozásával (az elektronsugár eltérése csak az elektromos tér által);

2) elektromágneses vezérléssel (mágneses eltérítő tekercsek hozzáadva).

A CRT fő alkalmazása:

kineszkópok televíziós berendezésekben;

számítógépes kijelzők;

elektronikus oszcilloszkópok a méréstechnikában.

Az Allbest.ru oldalon található

...

Hasonló dokumentumok

A vákuum a gáz állapota a légköri nyomásnál kisebb nyomáson. Az elektronok áramlása vákuumban egyfajta elektromos áramként. A termikus emisszió jelensége, alkalmazása. Vákuumdióda (kételektródás lámpa). A dióda áram-feszültség karakterisztikája.

absztrakt, hozzáadva: 2008.10.24


Az elektromos áram fogalma és előfordulásának feltételei. Fémek szupravezetése alacsony hőmérsékleten. Az elektrolízis és az elektrolitikus disszociáció fogalmai. Elektromos áram folyadékokban. Faraday törvénye. Az elektromos áram tulajdonságai gázokban, vákuum.

bemutató, hozzáadva 2014.01.27


Az elektromos áram fogalma. Az elektronáramlás viselkedése különböző közegekben. A vákuum-elektronsugárcső működési elve. Elektromos áram folyadékokban, fémekben, félvezetőkben. A vezetőképesség fogalma és fajtái. Az elektron-lyuk átmenet jelensége.

bemutató, hozzáadva: 2014.11.05


Az elektrodinamika alapfogalmai és speciális szakaszai. Az elektromos áram létezésének feltételei, munkájának és teljesítményének kiszámítása. Ohm törvénye az egyen- és váltóáramra. Volt-amper jellemző fémekre, elektrolitokra, gázokra és vákuumdiódára.

bemutató, hozzáadva 2013.11.30


Az elektromos áram fogalma, mint a töltött részecskék rendezett mozgása. Az elektromos akkumulátorok típusai és az energiaátalakítás módjai. A galvánelem eszköze, az akkumulátorok működésének jellemzői. Az áramforrások osztályozása és alkalmazása.

bemutató, hozzáadva 2012.01.18


Az elektromos áram fogalma, irányának, hatásának és erősségének megválasztása. A részecskék mozgása egy vezetőben, tulajdonságai. Elektromos áramkörök és csatlakozások típusai. A Joule-Lenz-törvény a vezető által kibocsátott hőmennyiségről, Ohm-törvény az áramerősségről az áramköri szakaszban.

bemutató, hozzáadva: 2009.05.15


Elektromos áram keletkezése, töltött részecskék létezése, mozgása, kölcsönhatása. Az elektromosság megjelenésének elmélete két különböző fém érintkezésekor, elektromos áramforrás létrehozása, az elektromos áram hatásának vizsgálata.

bemutató, hozzáadva 2011.01.28


Az elektromos áram hőhatása. A Joule-Lenz törvény lényege. Az üvegház és az üvegház fogalma. A hőlégfúvók és az üvegházi talaj kábelfűtésének hatékonysága. Az elektromos áram hőhatása az inkubátorok berendezésében.

bemutató, hozzáadva 2013.11.26


Az egyenáramú lineáris elektromos áramkörök számítása, az áramok meghatározása a hurokáramok módszereinek minden ágában, rávezetés, hajtogatás. Egyenáramú nemlineáris elektromos áramkörök. Lineáris váltakozó áramú áramkörök elektromos állapotának elemzése.

szakdolgozat, hozzáadva 2013.10.05


Az elektromos áram fogalma. Ohm törvénye egy áramköri szakaszra. A fémek áramának sajátosságai, a szupravezetés jelensége. Termionikus emisszió vákuumdiódákban. Dielektromos, elektrolitikus és félvezető folyadékok; elektrolízis törvénye.