| |
|
|
Электрического тока в вакууме нет, т.к. в термодинамическом вакууме отсутствуют какие-либо частицы.
Однако наилучший достигнутый практически вакуум составляет
,
т.е. огромное количество частиц.
Тем не менее, когда говорят о токе в вакууме, подразумевают идеальный в термодинамическом смысле вакуум, т.е. полное отсутствие частиц. За протекание тока отвечают частицы, полученные из какого-либо источника.
Как известно, в металлах существует электронный газ, который удерживается силой притяжения к кристаллической решетке. В нормальных условиях энергия электронов не велика, поэтому они удерживаются внутри кристалла.
Если подходить к электронному газу с классических позиций, т.е. считать, что он подчиняется распределению Максвелла-Больцмана, то очевидно, что существует большая доля частиц, скорости которых выше средних. Следовательно, эти частицы обладают достаточной энергией, чтобы вырваться за пределы кристалла и образовать вблизи него электронное облако.
Поверхность металла при этом заряжается положительно. Образуется двойной слой, который препятствует удалению электронов от поверхности. Следовательно, чтобы удалить электрон, необходимо сообщить ему дополнительную энергию.
 |
Определение:Работой выхода электронов из металла называется энергия, которую необходимо сообщить электрону, чтобы удалить его с поверхности металла в бесконечность в состоянии с нулевой Ek. |
Для разных металлов работа выхода различна.
| Металл | Работа выхода, эВ |
| Pt | 5,3 |
| W | 4,3 |
| Na | 2,3 |
| Cs | 1,81 |
| Mo | 4,3 |
В обычных условиях энергия электронов достаточно мала и они связаны внутри проводника. Существуют способы сообщения электронам дополнительной энергии. Явление испускания электронов при внешнем воздействии называется электронной эмиссией, и было открыто Эдисоном в 1887 году. В зависимости от способа сообщения энергии различают 4 вида эмиссии:
1. Термоэлектронная эмиссия (ТЭЭ), способ – подвод тепла (нагрев).
2.Фотоэлектронная эмиссия (ФЭЭ), способ – освещение.
3. Вторичная электронная эмиссия (ВЭЭ), способ – бомбардировка частицами.
4. Автоэлектронная эмиссия (АЭЭ), способ – сильное электрическое поле.
Под действием сильного электрического поля электроны могут вырываться с поверхности металла.
Данной величины напряженности хватает, чтобы вырвать электрон.
Данное явление называется холодной эмиссией. Если поле достаточно сильное, то число электронов может стать большим, а, следовательно, большим ток. По закону Джоуля – Ленца будет выделяться большое количество теплоты и АЭЭ может перейти в ТЭЭ.
Явление фотоэффекта известно достаточно давно, смотри «Оптика».
Это явление применяется в фотоэлектронных умножениях (ФЭУ).
При работе происходит лавинообразное нарастание числа электронов. Применяется для регистрации слабых световых сигналов.
Для изучения ТЭЭ применяют устройство, которое называется вакуумный диод. Чаще всего конструктивно он представляет собой два коаксиальных цилиндра, помещенных в стеклянную вакуумную колбу.
Нагрев катода осуществляется электрическим током прямым или косвенным способом. При прямом – ток проходит через сам катод, при косвенном – внутри катода помещают дополнительный проводник – нить накала. Разогрев происходит до достаточно высоких температур, поэтому катод делают сложным. Основа – тугоплавкий материал (вольфрам), а покрытие – материал с малой работой выхода (цезий).
Диод относится к нелинейным элементам, т.е. он не подчиняется закону Ома. Говорят, что диод – это элемент с односторонней проводимостью. Большая часть ВАХ диода описывается законом Богуславского – Ленгмюра или законом «3/2»
При повышении температуры накала ВАХ сдвигается вверх и ток насыщения растет. Зависимость плотности тока насыщения от температуры описывается законом Ричардсона – Дешмана
Методами квантовой статистики можно получить эту формулу с const=B одинаковой для всех металлов. Эксперимент показывает, что константы различны.
К достоинствам ламп относят
лёгкость управления потоком электронов,
большая мощность,
большой участок почти линейной ВАХ.
Лампы используют в мощных усилителях.
К недостаткам относятся:
низкий КПД,
высокое потребление энергии.
| |
|
|