Как найти электрический ток в вакууме

Электрический ток в вакууме


Электрический ток в вакууме

3.9

Средняя оценка: 3.9

Всего получено оценок: 1047.

3.9

Средняя оценка: 3.9

Всего получено оценок: 1047.

Пустота – так переводится слово вакуум с латыни. Вакуумом принято называть пространство, в котором находится газ, давление которого в сотни, а может быть и в тысячи раз ниже атмосферного. На нашей планете вакуум создается искусственным путем, так как в естественных условиях такое состояние невозможно.

Виды вакуума

Как же ведет себя электрический ток в вакууме? Как и любой ток, ток в вакууме появляется при наличии источника со свободными заряженными частицами.

Какими частицами создается электрический ток в вакууме? Чтобы создать вакуум в каком-либо закрытом сосуде, необходимо из него откачать газ. Делают это чаще всего с помощью вакуумного насоса. Это такое устройство, которое необходимо, чтобы откачать газ или пар до нужного для опыта давления.

Существует четыре вида вакуума: низкий вакуум, средний вакуум, высокий вакуум и сверхвысокий вакуум.

Рис. 1. Характеристики вакуума

Электрический ток в вакууме

Ток в вакууме не может существовать самостоятельно, так как вакуум является диэлектриком. В таком случае создать ток можно с помощью термоэлектронной эмиссии. Термоэлектронная эмиссия – явление, при котором электроны выходят из металлов при нагревании. Такие электроны называются термоэлектронами, а все тело – эмиттер.

На это явление впервые обратил внимание американский ученый Томас Эдисон в 1879 году.

Рис. 2. Термоэлектронная эмиссия

Эмиссия делится на:

  • вторичную электронную (выбивание быстрыми электронами);
  • термоэлектронную (испарение электронов с горячего катода);
  • фотоэлектронная (электроны выбиваются светом);
  • электронная (выбивание сильным полем).

Электроны смогут вылететь из металла, если будут обладать достаточной кинетической энергией. Она должна быть больше работы выхода электронов для данного металла. Электроны, вылетающие из катода, образуют электронное облако. Половина из них возвращается в исходное положение. В равновесном состоянии число вылетевших электронов равно количеству вернувшихся. От температуры прямо пропорционально зависит плотность электронного облака (т.е. при повышении температуры, плотность облака становится больше).

При подключении электродов к источнику между ними возникает электрическое поле. Если положительный полюс источника тока соединить с анодом (холодным электродом), а отрицательный – с катодом (нагретым электродом), то напряженность электрического поля будет направлена к нагретому электроду.

Применение электрического тока в вакууме

Электрический ток в вакууме используется в различных электронных приборах. Одним из таких приборов является вакуумный диод

Рис. 3. Вакуумный диод

Состоит он из баллона, который включает 2 электрода – катод и анод.

Заключение

Что мы узнали?

Кратко о электрическом токе в вакууме мы узнали их этой статьи. Для существования его в вакууме в первую очередь необходимо наличие свободных заряженных частиц. Также рассмотрены виды вакуума и их характеристики. Необходимым для изучения является понятие термоэлектронной эмиссии. Информацию можно использовать для подготовки доклада и сообщения на уроке физики.

Тест по теме

Доска почёта

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

  • Людмила Боярская

    10/10

  • Bro Tashkent

    8/10

  • Андрей Коваленко

    6/10

  • Андрей Афиногентов

    7/10

  • Volodya Lapovech

    9/10

  • Лиза Сердечнова

    10/10

  • Анастасия Кондакова

    10/10

Оценка доклада

3.9

Средняя оценка: 3.9

Всего получено оценок: 1047.


А какая ваша оценка?

Вакуум
– это такая степень разрежения газа,
при которой соударений молекул практически
нет (до 10-13 мм рт.ст.).

Электрический
ток в вакууме невозможен, т.к в нем нет
свободных носителей заряда.

Для
получения электрического тока в вакууме
необходимо наличие свободных носителей
заряда.

Эти
носители могут появиться при испускании
электронов телами, обычно металлами.

На
границе металла с вакуумом возникает
двойной слой электрических зарядов
(слой электронов –слой положительных
ионов), поле которого подобно полю
плоского конденсатора.

Чтобы
покинуть металл электрон должен совершить
работу. Работа выхода зависит только
от рода металла и его чистоты. Работу
выхода, например, для цезия равна 1,81 эВ,
для платины — 6,27 эВ.

Выход
свободных электронов из металла
называется эмиссией электронов.

Способы
электронной эмиссии

Для
повышения интенсивности эмиссии следует
увеличить кинетическую

энергию
свободных электронов до значений, равных
или больших значения

работы
выхода. Этого можно достигнуть различными
способами:

1.
Созданием электрического поля очень
большой напряженности (~ 106

В/см),
способного вырвать электроны из металла
(холодная эмиссия);

2.
Бомбардировкой металла электронами,
предварительно разогнанными

электрическим
полем до очень большой скорости (вторичная
электронная

эмиссия).

3.
Освещением поверхности металла
электромагнитным излучением

(фотоэмиссия).

4.
Нагревание металла (термоэлектронная
эмиссия).

Вакуумные
электронные приборы

На
явлении электронной эмиссии основана
работа многих вакуумных

электронных
приборов.

Классы
вакуумных электронных приборов:

1.Электронные
лампы (триоды, тетроды, пентоды и т. д.)

2.Вакуумные
приборы СВЧ (магнетроны, клистроны, ЛБВ,
ЛОВ)

3.Электронно-лучевые
приборы (электроннолучевые трубки,
кинескопы)

4.Фотоэлектронные
приборы (ФЭУ, вакуумные фотоэлементы)

5.Вакуумные
индикаторы (электронносветовые
индикаторы, цифровые

индикаторные
лампы)

6.Рентгеновские
трубки

7.Ускорители
заряженных частиц

6.Действие магнитного и электрического поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.

Магнитное
поле

Магнитное
поле создается:

1.Электрическим
током в проводниках.

2.Движущимися
электрически заряженными частицами и
телами.

3.Намагниченными
телами.

Магнитное
поле

– силовое поле, возникающее в пространстве
окружающем

токи
и постоянные магниты.

Магнитное
поле действует только на движущиеся
заряды (электрическое поле действует
на неподвижные и движущие заряды).

Магнитная
индукция

— это влияние магнита на объект без
механического

контакта
(основная характеристика магнитного
поля).

В
любом теле существуют два вида токов:

•макроскопические
(свободные электроны в металлах и др.);

•микроскопические
(молекулярные токи).

Магнитное
поле макротоков описывается вектором
напряженности магнитного поля Н.

Свойство
микроскопических токов: способны
поворачиваться в магнитных

полях
макроскопических токов, создавая
дополнительное магнитное поле.

Вектор
магнитной индукции

Вектор
магнитной индукции характеризует
результирующее магнитное поле

создаваемое
всеми макро- и микротоками. Поэтому в
разных средах при одном и том же токе
вектор магнитной индукции

будет
иметь разные значения.

Вектор
магнитной индукции В является аналогом
вектора напряженности электрического
поля Е.

Закон
Ампера

Сила
действующая на проводник с током равна:
Действие магнитного поля на движущийся
заряд

Сила
Лоренца

– сила, действующая на заряженную
частицу, движущуюся в магнитном поле.

Направление
силы Лоренца определяется с помощью
правила левой руки. Радиус кривизны
траектории, по которой будет двигаться
заряженная частица в магнитном поле:
Силой Лоренца часто называют сумму
электрических и магнитных сил,

действующих
на заряженную частицу

Электромагнитная
индукция

При
пропускании электрического тока через
проводник вокруг него возникает магнитное
поле.

Обратный
эффект

(электромагнитная индукция):

В
замкнутом проводящем контуре при
изменении потока магнитной индукции
через поверхность, ограниченную этим
контуром, возникает электрический
(индукционный) ток. Сила тока зависит
от скорости введения магнита в катушку
и от скорости удаления его из катушки.

Закон
электромагнитной индукции Фарадея

ЭДС
электромагнитной индукции в замкнутом
контуре равна и

противоположна
по знаку скорости изменения магнитного
потока,

пронизывающего
контур.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

Электрический ток в вакууме

Общие сведения

Понятие вакуум сходно слову «пустота». В физике под ним понимают пространство, которое освобождено от любых веществ. Однако учёные считают, что такого места быть не может. Объясняют это они тем, что даже в самом пустом пространстве должны существовать флуктуации. Экспериментально это удалось доказать Генриху Казимиру, описавшему явление в своём конспекте.

Он предположил, что вакуум представляет собой «резервуар» в котором вблизи абсолютного нуля происходит ряд волнений. Его опыт состоял в следующем. Учёный взял две заряженные пластины и поместил их между вакуумным пространством. Под действием внешних фотонов проводники притягивались друг к другу. То есть через пространство проходила хотя и слабая, но сила.

Резервуар с вакуумом

Поэтому в физике существует особый термин — физический вакуум. Под ним понимают замкнутое пространство, в котором давление в несколько раз меньше по сравнению с газовой средой. То есть его величина не оказывает никакого влияния и ей можно пренебречь. Так как электричество образуется при перемещении элементарных носителей зарядов, которые в вакууме практически отсутствуют, при простом воздействии на среду его получить не удастся. Поэтому единственной возможностью пропустить ток через пустоту является добавление в неё заряженных частиц.

В 1879 году Эдисон, изучая причину перегорания нитей в лампах накаливания, обнаружил образование тёмного налёта около анодного вывода. Этот эффект изобретатель объяснял тем, что внутри колбы возникает разряд, вследствие которого заряженные частицы угольной пыли выбиваются с проводника. Он предположил, что если в лампу ввести дополнительный электрод с положительным зарядом, то эти частицы будут им притягиваться.

Так был открыт эффект термоэлектронной эмиссии. Другими словами, испускание заряженных частиц при нагреве проводника до температур 1500 — 2500 о С. При таких величинах электроны разрывают связи и высвобождаются. Это явление сродни испарению молекул с поверхности жидкости. Оно нашло своё применение в вакуумных электронных приборах. Например, используется в электронно-лучевых трубках, ламповых диодах.

Физика процесса

Электрический ток в вакууме может образовываться только направленным движением электронов. Ввести их, возможно, с помощью помещения в среду металла. Для того чтобы частицы покинули поверхность проводника нужно им отдать энергию. Этот процесс называется работой выхода электронов из вещества.

Её значение для разных материалов было установлено экспериментально. Так, для наиболее популярных веществ работа выхода равна:

  • вольфрама — 4,5 эВ;
  • кадмия — 2,2 эВ;
  • цинка — 4,2 эВ;
  • оксида бария — 1 эВ.

То есть для того чтобы извлечь электрон, нужно сообщить ему определённую энергию. Только тогда он сможет вылететь с поверхности. В обычном состоянии энергия электрона в металле составляет 3,2 KT (тепловая). При комнатной температуре (T = 300 K) KT = 0,026 эВ. Этой величины будет явно недостаточно, чтобы появилась электропроводность в вакууме.

Энергия электрона в металле

Если же нагреть тело до 3 тыс. градусов по кельвину (многие металлы начинают расплавляться), то KT = 0,26 эВ. Этого значения всё равно мало для того, чтобы выбить электроны. Но на самом деле носители имеют определённое распределение по энергиям. Найденное значение показывает среднюю величину. Поэтому в теле из-за высокой плотности заряженных частиц обязательно будут такие электроны, которые имеют энергию превышающую работу выхода.

Над поверхностью проводника появляется электронное облако. При этом чем выше температура, тем плотнее оно будет. Вылетевший электрон приводит к изменению заряда металла. В итоге он начинает втягиваться обратно. Устанавливается равновесие. Какое число электронов вылетает, такое же их количество возвращается.

Для того чтобы образовался поток зарядов нужно ввести вспомогательную цепь. Другими словами, сообщить электронам дополнительную энергию. Зависимость между током и напряжением в рассматриваемом случае не будет соответствовать закону Ома. Ведь образованное электронное облако задерживает вновь вылетающие электроны. Но если увеличить напряжение на другом выводе, то концентрация носителей в образованном поле уменьшится, значит, снизится и тормозящий эффект. Это приведёт к увеличению тока.

Таким образом, вылетающие электроны можно уподобить электра ракетам, преодолевшим земное притяжение. Если к выводу присоединить положительный электрод источника тока, то возникшее электромагнитное поле между спиралью и электродом внутри колбы с вакуумом, устремит к нему электроны. Внутри потечёт электрический ток.

Вакуумный диод

Вакуумный диод

Одним из типичных устройств, использующих проводимость безвоздушного пространства, является вакуумная двухэлектродная электронная лампа. Если на её положительный вывод подаётся обратное напряжение, то все испущенные катодом электроны возвращаются. При прямом же смещении носители зарядов устремляются к аноду. Другими словами, происходит выпрямление переменного сигнала. Устройство работает как диод.

Исследовать появление электрического тока в вакууме и газах можно с помощью радиоэлемента, состоящего из следующих частей:

  • запаянной колбы;
  • электрода из металла (анод);
  • вольфрамовой спирали (катод);
  • реостата.

Нить из вольфрама находится в герметичной колбе и подключена через реостат к генератору для регулировки силы тока. Электрод подключён к микроамперметру. С него цепь, проходя через балластный резистор, замыкается на катоде.

Реостатом можно регулировать температуру катода. Переменным сопротивлением устанавливается разность потенциалов между положительным и отрицательным выводом. Вольт-амперная характеристика, то есть зависимость анодного тока от напряжения будет формироваться следующим образом. Допустим, напряжения нет. Тогда электроны, вылетевшие из катода, притянутся обратно. Ток в цепи анода не течёт. Если на вывод подать отрицательный сигнал, то электроны будут отталкиваться. Ток снова не течёт.

Появление электрического тока в вакууме и газах

Когда на анод поступает положительное напряжение, то возникает электрическое поле. Оно создаёт силу, направленную в сторону анода. Скорость полёта электронов разная, так как некоторые из них отталкиваются от уже ранее вылетевших частиц. Чем больше будет напряжённость поля, тем сильнее начнёт протекать ток. Но изменение будет происходить не линейно. Например, если увеличить напряжение в два раза, то число электронов, вылетевших из катода, увеличится в больше раз, чем это число. Чем больше разность потенциалов, тем меньше пространственный заряд электронов.

На графике эта зависимость будет представлять полукубическую параболу. Описать её можно приблизительной формулой: I = U3/2. Если продолжить поднимать напряжение, то напряжённость становится намного больше поля, создаваемого пространственным облаком. Все электроны начнут добираться до анода. Сила тока уже не будет зависеть от напряжения. На ВАХ это изображается прямой линией, а эффект называется током насыщения.

Электронно-лучевая трубка

Электронно-лучевая трубка

В вакуумных радиолампах поток электронов направлен от анода к катоду во все стороны. Но можно создать такие конструкции, в которых электроны будут направлены в одном направлении. Создаётся такой поток с помощью специальных фокусирующих пластин. Его часто называют катодным лучом. С его помощью можно нагревать тела, например, в вакуумных печах.

По своей природе он обладает следующими свойствами:

  • на него действует электрическое и магнитное поле (сила Лоренца);
  • попадая на некоторые вещества, например, сернистый цинк, сфокусированный электронный поток приводит к интересному результату — свечению;
  • луч генерирует рентгеновское излучение.

На этих свойствах и базируется класс вакуумных приборов называемый электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ).

Устроено такое устройство следующим образом. Электроны в приборе образовываются с помощью термоэлектронной эмиссии. Катод прибора представляет собой цилиндр с плоским основанием, покрытым окисью бария. Этот электрод испускает электроны. Чтобы управлять их интенсивностью используется сетка. Подавая на неё напряжение, можно запирать поток или отпирать.

Главная деталь в определение электронного потока это его узкая направленность. Добиться этого можно, используя дополнительные анодные выводы. Один из них ускоряющий, а другой фокусирующий. Проходя через указанный набор ускоренный сфокусированный поток вылетает из ЭЛТ. На второй анод подаётся положительное напряжение напрямую, а на ускоряющий через реостат. Разность потенциалов кратна десяткам киловольт.

Схема электронно- лучевой трубки

Вылетев с пушки поток, попадает на экран, покрытый люминофором. Вся эта система находится в колбе с безвоздушным пространством. Для того чтобы можно было перемещать луч по поверхности экрана используют конденсаторы. В зависимости от расположения их пластин происходит отклонение потока. Вызывает его подающееся на обкладки напряжение. От его значения луч может притягиваться к одной стороне или другой, по сути, изменяя поток электрического тока в вакууме. Так, кратко, и работает ЭЛТ.

Американский изобретатель Эдисон в 1879 г., экспериментируя с лампой накаливания добавил в нее металлический электрод(анод) и обнаружил, что при нагревании нити накала(катод) до высокой температуры в вакууме образуется электрический ток. Но электрический ток существует, если анод подключен к положительному полюсу источника тока.

опыт эдисона

Проблема: как объяснить природу тока в вакууме и почему электрический ток в анодной цепи появляется, если на анод подан положительный потенциал.

Вакуум – это такая степень разряжения газа, при которой вероятность столкновения молекул очень мала.

Вакуум не пропускает электрический ток, т.к. нет носителя заряда.

Источником заряженных частиц в вакууме может являться нагретая до высокой температуры металлическая спираль (электрод). При этом вокруг спирали образуется электронное “облачко”.

термоэлектронная эмиссия

Явление выхода электронов с поверхности металла при его нагревании называется термоэлектронной эмиссией.

Работу, которую необходимо совершить электрону для вылета из металла в вакуум, называют работой выхода.

– условие, при котором электрон покидает металл.

При подключении электродов двухэлектродной электронной лампы к источнику тока появляется электрическое поле под действием которого электроны покидают электронное облако и движутся к аноду. В электрической цепи устанавливается электрический ток.

проводимость вакуумного диода

Таким образом ток в вакууме осуществляется за счет термоэлектронной эмиссии и представляет собой поток электронов от катода к аноду.

! Если на анод подать отрицательный потенциал, то электрическое поле отталкивает электроны облака назад к аноду. Тока в цепи нет.

Основное свойство вакуумного диода: пропускать ток в одном направлении. Это свойство используется для преобразования переменного тока в постоянный.

Если в аноде электронной лампы сделать отверстие, то часть электронов, ускоренная электрическим полем, пролетит в отверстие, образуя за анодом электронный пучок. Электронным пучком можно управлять, поместив между катодом и анодом дополнительный электрод и изменяя его потенциал.

  1. Электронный пучок в месте падения нагревает металл. Это свойство  используется для электронной плавки сверхчистых металлов в вакууме и для резки металлов электронным лучом.
  2. Электрическое и магнитное поля оказывают действие на движущиеся электроны, изменяя направление их движения. Это свойство используется для управления электронным пучком в вакуумных приборах.
  3. При попадании на вещество происходит торможение быстрых электронов, что приводит к возникновению рентгеновского излучения.
  4. Некоторые вещества (люминофоры) при бомбардировке электронами светятся.

Экспериментальным доказательством является создание приборов, в основе работы которых лежит теория электрического тока в вакууме.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) является основным элементом осциллографа – прибора для исследования быстропеременных процессов в электрических цепях. Трубка представляет собой вакуумный баллон, одна из стенок которого является экраном. В узкой части трубки находится электронная пушка, состоящая из нити накала, катода и анода в виде цилиндра с отверстием.

схема электронно-лучевой трубки

Такая конструкция позволяет получить узкий электронный пучок, который на пути к экрану проходит последовательно между двумя парами пластин, расположенных вертикально и горизонтально. При подаче напряжения на пластины пучок отклоняется в электрическом поле, что позволяет перемещать светящуюся точку по экрану в любом направлении.

кинескоп

Электронно-лучевая трубка также используется в телевизионных приемниках и мониторах ЭВМ. В такой ЭЛТ (кинескопе) управление электронным пучком(1) осуществляется магнитным полем катушки(2) на горловине кинескопа(3).

Вакуумный диод, обладая односторонней проводимостью,  находит применение в выпрямителях переменного тока.

вакуумный диод

Вакуумный триод (трехэлектродная электронная лампа) имеет дополнительный электрод – сетку. Изменяя потенциал сетки можно управлять потоком электронов, идущих от катода к аноду, т.е. управлять анодным током в цепи. Используется как усилитель тока в радиоэлектронных устройствах.

вакуумный триод

Опорный конспект:

опорный конспект электрический ток в вакууме

На прошлых уроках мы начали рассматривать условия протекания
электрического тока в различных средах. Рассмотрев опыты Мандельштама и Папалекси
мы узнали, что носителями тока в металлах являются свободные электроны. Иными
словами, металлы обладают электронной проводимостью.

Так же мы с вами выяснили, что в полупроводниках проводимость
обусловлена движением электронов и дырок. Напомним, что проводимость
полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов, называют электронной
проводимостью
, а обусловленную движением дырок — дырочной проводимостью
полупроводников.

Однако в обоих случаях при прохождение электрического тока в
результате тех или иных процессов появляются свободные носители зарядов. А
возможно ли распространение электрического тока в вакууме, характеризующимся
«отсутствием» вещества, а следовательно, и отсутствием электрических зарядов?

Поскольку в вакууме нет свободных носителей зарядов, то он
является идеальным диэлектриком. Проверим это на опыте. Возьмём сосуд, из
которого откачен воздух. В этот сосуд впаяны две металлические пластины — два
электрода.

Одни из них (анод) соединим с положительным полюсом источника
тока, другой (катод) — с отрицательным. Также включим в цепь чувствительный
миллиамперметр. Замкнём цепь — прибор не показывает никакого тока. Это
указывает на то, что в вакууме действительно нет никаких свободных носителей
зарядов.

Следовательно, для того чтобы в вакууме мог проходить
электрический ток, в нем необходимо каким-то образом предварительно «создать»
некоторую концентрацию свободных носителей заряда.

Видоизменим опыт. В качестве катода впаяем в сосуд проволочку
(нить), концы которой выведем наружу. Эта проволочка по-прежнему останется
катодом. С помощью другого источника тока накалим её. Мы заметим, что, как
только нить накаляется, миллиамперметр, включённый в цепь, показывает ток, и
тем больший, чем сильнее накалена нить. Значит, накалённая нить обеспечивает
наличие в вакууме необходимых для существования тока носителей заряда.

Теперь определим заряд этих частиц. Для этого переменим
полюсы у впаянных в сосуд электродов: нить сделаем анодом, а противоположный
полюс — катодом. И хотя нить по-прежнему накалена и по-прежнему посылает в
вакуум заряженные частицы, тока в цепи нет.

Из этого опыта следует, что испускаемые накалённой нитью
частицы заряжены отрицательно, так как они отталкиваются от электрода, когда он
заряжен отрицательно. Следовательно, носителями тока в вакууме являются
электроны.

Явление испускания веществом электронов при нагревании
называется термоэлектронной эмиссией.
При этом электроны, испускаемые
нагретым телом, называют термоэлектронами, а само тело — эмиттером.

Явление термоэлектронной эмиссии было открыто в 1853 году
французским физиком Эдмондом Беккерелем. Затем 13 февраля 1880 года Томасом
Эддисоном (после этого данное явление назвали эффектом Эдисона). Однако
объяснить явление термоэлектронной эмиссии удалось лишь после открытия Джозефа
Томсона в 1897 году. В этом году британский физик Оуэн Уиланс Ричардсон начал
работу над темой, которую позже назвал «термоэлектронной эмиссией». Согласно
его теории, основанной на электронной теории, свободные электроны в металле
находятся в хаотическом движении. При накале нити это движение усиливается.

При этом некоторые электроны, приобретая энергию, достаточную
для совершения работы выхода, вылетают из нити, образуя около неё «электронное
облачко». Когда между нитью и анодом образуется электрическое поле, то
электроны летят к электроду, если он присоединён к положительному полюсу
батареи, и отталкиваются обратно к нити, если он присоединён к отрицательному
полюсу источника, то есть имеет заряд, одноимённый с электронами.

Вакуумные приборы, работа которых основана на явлении
термоэлектронной эмиссии, называются электронными лампами.

Простейшая из них — вакуумный диод — содержит два электрода.
Один — в виде спирали из тугоплавкого материала, например вольфрама или
молибдена, накаливаемый током, — называется катодом. Второй — холодный
электрод, собирающий термоэлектроны, — называется анодом и чаще всего имеет
форму цилиндра, внутри которого расположен накаливаемый катод. Условное
обозначение вакуумного диода на электрических схемах представлено на рисунке.

Важнейшей характеристикой диода является его вольт-амперная
характеристика при постоянном напряжении накала. Для её получения воспользуемся
установкой, где применяется диод с катодом косвенного накала. Итак, при
напряжении между катодом и анодом, равном нулю, вылетевшие из катода электроны
образуют вокруг него электронное облако (пространственный отрицательный заряд),
отталкивающее вылетающие из катода электроны.

Большинство электронов возвращается на катод, и лишь
незначительное их число достигает анода. С увеличением анодного напряжения
число электронов, достигающих анода, увеличивается, а электронное облако
постепенно уменьшается. Когда же все термоэлектроны попадают на анод, сила
анодного тока достигает насыщения. Дальнейшее увеличение напряжения не приводит
к увеличению анодного тока, то есть ток через диод не зависит от напряжения.
Такой ток называется током насыщения. Чтобы увеличить ток насыщения
необходимо повысить температуру катода, увеличив силу тока накала.

Из-за того, что вольт-амперная характеристика вакуумного
диода оказывается нелинейной, диод является нелинейным элементом. Поскольку ток
в лампе возможен только в том случае, когда положительный полюс батареи
соединён с анодом, а отрицательный — с катодом, то вакуумные диоды обладают
односторонней проводимостью.
Действительно, при изменении полярности
приложенного напряжения и при его достаточной величине (при задерживающем
напряжении)
термоэлектроны не достигают анода и ток через лампу не
проходит.

Для управления током внутрь лампы вводят дополнительные
электроды, которые называются сетками, так как им обычно придают форму
металлических сеток или спиралей, окружающих катод. В зависимости от общего
числа сеток такие лампы называют триодами (анод, катод, управляющая
сетка), тетродами (анод, катод и две сетки) и пентодами (анод, катод и три
сетки).

Если в аноде вакуумной лампы сделать отверстие, то часть электронов
будет пролетать сквозь него. Их движением можно управлять с помощью
электрического и магнитного полей.

Испускаемые катодом потоки электронов, движущихся в
вакууме, называют электронными пучками или катодными лучами.

Рассмотрим некоторые свойства электронных пучков.

Во-первых, электроны в пучках движутся по прямым линиям.

Попадая на мишень электронный пучок передаёт ей часть своей
кинетической энергии, вызывая нагревание мишени. Это свойство используют для
электронной плавки в вакууме сверхчистых металлов.

Так же при торможении быстрых электронных пучков в веществе
возникает рентгеновское излучение, широко используемое в рентгеновских трубках.

Было установлено и то, что, попадая на поверхность некоторых
веществ, электронные пучки способны вызвать их свечение.

А если пропустить электронный пучок между пластинами
заряженного конденсатора, то отклоняются от отрицательно заряженной пластины к
положительно заряженной.

Также электронный пучок отклоняется в магнитном поле.
Пролетая над северным полюсом магнита, электроны отклоняются влево, а пролетая
над южным, отклоняются вправо. Так, например, отклонение электронных потоков,
идущих от Солнца, в магнитном поле Земли приводит к тому, что свечение газов
верхних слоёв атмосферы (то есть полярное сияние) наблюдается ближе к полюсам
Земли.

Помимо всего вышеперечисленного, электронные пучки обладают
ещё и ионизирующей способностью, а также способны проходить сквозь очень тонкие
металлические пластины толщиной 0,003—0,03 мм.

Прибор, в котором используется пучок электронов, свободно
летящих в пространстве за анодом, называется электронно-лучевой трубкой.

Рассмотрим её устройство подробнее. Итак, в узком конце
трубки находится электронная пушка, которая формирует пучок электронов и
состоит из катода, нагреваемого нитью накала, управляющего электрода и
ускоряющего анода.

Электроны, вылетающие из катода, разгоняются электрическим
полем (5000—50 000 В) между катодом и анодом. Экран электронно-лучевой трубки
покрыт изнутри специальным веществом — люминофором, которое светится под
действием падающих электронов. В том месте экрана, куда попадает пучок,
появляется маленькая светящаяся точка. Изменяя напряжение на аноде, можно
фокусировать электронный пучок. Изменяя напряжение между катодом и управляющим
электродом, можно изменять интенсивность электронного пучка (яркость пятна на
экране). Пучок проходит последовательно две пары отклоняющих пластин,
являющихся плоскими конденсаторами. Меняя на них напряжение можно смещать пучок
электронов в горизонтальном и вертикальном направлениях практически мгновенно.

В кинескопах телевизоров вместо отклоняющих пластин
используют магнитные отклоняющие катушки. Магнитное поле одной пары катушек
вызывает отклонение электронного пучка по горизонтали, второй пары катушек — по
вертикали.

Для получения цветных изображений вместо одной пушки
используют три, которые передают сигналы трёх одноцветных изображений —
красного, синего и зелёного цвета. Кроме того, экран кинескопа покрывается
кристаллами люминофора трёх сортов, которые под действием электронного пучка
светятся соответственно красным, синим и зелёным светом. Смешением этих цветов
можно получить всю цветовую гамму красок и оттенков.

И несмотря на то, что в настоящее время электронно-лучевые
трубки вытесняются жидкокристаллическими и плазменными экранами, они всё ещё
находят широкое применение в радиолокационных установках, телевизорах,
осциллографах и так далее.

Ну а теперь давайте с вами определим скорость электронов,
вылетающих из электронной пушки под действием приложенного напряжения в 750 В.

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как найти что нибудь не обычное
  • Как найти хэштег в контакте
  • Как быстро найти процент от суммы
  • Как найти цвет в презентации
  • Как найти телефон при краже андроид