Vakuumda joriy tashuvchilarning paydo bo'lishiga olib keladi. Vakuumdagi elektr toki. Elektron emissiya

Radiotexnika foydalanishni boshlashdan oldin yarimo'tkazgichli qurilmalar, vakuum naychalari hamma joyda ishlatilgan.

Vakuum tushunchasi

Elektron trubka ikki uchi muhrlangan shisha naycha bo'lib, uning bir tomonida katod, ikkinchi tomonida anod bor edi. Naychadan gaz molekulalari bir devordan ikkinchi devorga to'qnashmasdan ucha oladigan holatga chiqarildi. Bu gaz holati deyiladi vakuum. Boshqacha qilib aytganda, vakuum juda kam uchraydigan gazdir.

Bunday sharoitda chiroq ichidagi o'tkazuvchanlikni faqat zaryadlangan zarralarni manbaga kiritish orqali ta'minlash mumkin. Zaryadlangan zarralar chiroq ichida paydo bo'lishi uchun ular termion emissiya kabi jismlarning xususiyatidan foydalanganlar.

Termionik emissiya - bu ta'sir ostidagi jism tomonidan elektronlar chiqarish hodisasi yuqori harorat. Ko'pgina moddalar uchun termion emissiya haroratlarda boshlanadi, bunda moddaning bug'lanishi hali boshlana olmaydi. Yoritgichlarda katodlar bunday moddalardan qilingan.

Vakuumdagi elektr toki

Keyin katod qizdirildi, bu uning doimiy ravishda elektron chiqarishiga olib keldi. Bu elektronlar katod atrofida elektron bulut hosil qilgan. Quvvat manbasini elektrodlarga ulashda a elektr maydoni.

Bundan tashqari, agar manbaning musbat qutbi anodga, manfiy qutbi katodga ulangan bo'lsa, u holda kuchlanish vektori elektr maydoni katod tomon yo'naltiriladi. Ushbu kuch ta'sirida elektron bulutdan ba'zi elektronlar qochib, anod tomon harakatlana boshlaydi. Shunday qilib, ular chiroq ichida elektr tokini yaratadilar.

Chiroqni boshqacha ulasangiz, musbat qutb katodga, manfiy qutb esa anodga ulanadi, u holda elektr maydon kuchi katoddan anodga yo'naltiriladi. Bu elektr maydoni elektronlarni katodga qaytaradi va o'tkazuvchanlik bo'lmaydi. Sxema ochiq qoladi. Bu xususiyat deyiladi bir tomonlama o'tkazuvchanlik.

Vakuumli diod

Ilgari bir tomonlama o'tkazuvchanlik ikkita elektrodli elektron qurilmalarda keng qo'llanilgan. Bunday qurilmalar chaqirildi vakuumli diodlar. Bir vaqtlar ular yarimo'tkazgichli diodlar hozir bajaradigan rolni bajarishdi.

Ko'pincha elektr tokini to'g'rilash uchun ishlatiladi. IN bu daqiqa Vakuum diodlari deyarli hech qachon ishlatilmaydi. Buning o'rniga, barcha ilg'or insoniyat yarimo'tkazgichli diodlardan foydalanadi.

Vakuum - molekulalarning o'rtacha erkin yo'li bo'lgan noyob gaz holati l gaz joylashgan idishning o'lchamidan kattaroqdir d.

Vakuumning ta'rifidan kelib chiqadiki, molekulalar o'rtasida deyarli hech qanday o'zaro ta'sir yo'q, shuning uchun molekulalarning ionlanishi sodir bo'lmaydi, shuning uchun vakuumda erkin zaryad tashuvchilarni olish mumkin emas, shuning uchun unda elektr toki bo'lishi mumkin emas;
Vakuumda elektr tokini yaratish uchun siz unga erkin zaryadlangan zarrachalar manbasini joylashtirishingiz kerak. Oqim manbaiga ulangan metall elektrodlar vakuumga joylashtiriladi. Ulardan biri isitiladi (u katod deb ataladi), buning natijasida ionlanish jarayoni sodir bo'ladi, ya'ni. Moddadan elektronlar ajralib, musbat va manfiy ionlar hosil bo'ladi. Zaryadlangan zarrachalarning bunday manbaining harakati termion emissiya fenomeniga asoslanishi mumkin.

Termionik emissiya - bu qizdirilgan katoddan elektronlarni chiqarish jarayoni. Termionik emissiya hodisasi qizdirilgan metall elektrodni doimiy ravishda elektronlar chiqarishiga olib keladi. Elektrodlar elektrod atrofida elektron bulut hosil qiladi. Elektrod musbat zaryadlanadi va zaryadlangan bulutning elektr maydoni ta'sirida bulutdan elektronlar qisman elektrodga qaytariladi. Muvozanat holatida elektroddan sekundiga chiqib ketayotgan elektronlar soni shu vaqt ichida elektrodga qaytgan elektronlar soniga teng. Metallning harorati qanchalik baland bo'lsa, elektron bulutining zichligi shunchalik yuqori bo'ladi. Elektronning metallni tark etishi uchun bajarishi kerak bo'lgan ish A ish funktsiyasi deb ataladi.

[A chiqish] = 1 eV

1 eV - elektronning potentsial farqi 1 V bo'lgan nuqtalar orasidagi elektr maydonida harakat qilganda oladigan energiya.

1 eV = 1,6*10 -19 J

Havo evakuatsiya qilinadigan idishga muhrlangan issiq va sovuq elektrodlarning haroratlari orasidagi farq ular orasidagi elektr tokining bir tomonlama o'tkazilishiga olib keladi.

Elektrodlar oqim manbaiga ulanganda ular orasida elektr maydoni paydo bo'ladi. Agar oqim manbaining musbat qutbi sovuq elektrodga (anod), manfiy qutb esa qizdirilgan (katod) ga ulangan bo'lsa, u holda elektr maydonining kuchlanish vektori qizdirilgan elektrodga yo'naltiriladi. Ushbu maydon ta'sirida elektronlar qisman elektron bulutini tark etadi va sovuq elektrod tomon harakat qiladi. Elektr davri yopiladi va unda elektr toki o'rnatiladi. Manba qarama-qarshi polaritda yoqilganda, maydon kuchi qizdirilgan elektroddan sovuqqa yo'naltiriladi. Elektr maydoni bulutning elektronlarini qizdirilgan elektrodga qaytaradi. Sxema ochiq ko'rinadi.

Elektr tokining bir tomonlama o'tkazuvchanligiga ega bo'lgan qurilma vakuumli diod deb ataladi. U elektron trubadan (idish) iborat bo'lib, undan havo chiqarib yuborilgan va uning ichida oqim manbaiga ulangan elektrodlar mavjud. Vakuum diodining joriy kuchlanish xarakteristikasi. Diyotning o'tkazuvchanlik rejimining joriy kuchlanish xususiyatlarining bo'limlarini imzolang va yopiq ?? Past anod kuchlanishlarida katod tomonidan chiqarilgan barcha elektronlar anodga etib bormaydi va elektr toki kichikdir. Yuqori kuchlanishlarda oqim to'yinganlikka etadi, ya'ni. maksimal qiymat. O'zgaruvchan elektr tokini to'g'rilash uchun vakuumli diod ishlatiladi. Hozirgi vaqtda vakuumli diodlar amalda qo'llanilmaydi.

Agar elektron trubaning anodida teshik hosil bo'lsa, u holda elektr maydon tomonidan tezlashtirilgan elektronlarning bir qismi bu teshikka uchib, anod orqasida elektron nur hosil qiladi. Elektron nur - bu vakuum naychalari va gaz deşarj qurilmalarida tez uchadigan elektronlar oqimi.

Elektron nurlarning xossalari:
- elektr maydonlarida og'ish;
- Lorents kuchi ta'sirida magnit maydonlarda burilish;
- moddaga tegayotgan nur sekinlashganda rentgen nurlanishi paydo bo'ladi;
- ba'zi qattiq jismlarning porlashiga (lyuminestsensiyaga) sabab bo'ladi va suyuq jismlar;
- moddani unga tegib qizdiring.

Katod nurli trubka (CRT).
CRTlar termion emissiya hodisalari va elektron nurlarning xususiyatlaridan foydalanadi.

Elektron tabancada qizdirilgan katod tomonidan chiqarilgan elektronlar boshqaruv panjara elektrodidan o'tadi va anodlar tomonidan tezlashadi. Elektron qurol elektron nurni nuqtaga qaratadi va ekrandagi yorug'likning yorqinligini o'zgartiradi. Burilish gorizontal va vertikal plitalar ekrandagi elektron nurni ekranning istalgan nuqtasiga o'tkazish imkonini beradi. Quvur ekrani elektronlar bilan bombardimon qilinganda porlashni boshlaydigan fosfor bilan qoplangan.

Ikki turdagi quvurlar mavjud:
1) elektron nurning elektrostatik boshqaruvi bilan (elektron nurning faqat elektr maydoni bilan og'ishi);
2) elektromagnit nazorat bilan (magnit burilish sariqlari qo'shiladi).
Katod nurli naychalarda tor elektron nurlar hosil bo'ladi, ular elektr va magnit maydonlar. Bu nurlar quyidagilarda qo'llaniladi: televizor tasvir naychalari, kompyuter displeylari, o'lchash uskunalarida elektron osiloskoplar.

ostida vakuum zaryadlangan zarrachalarning erkin yo'li gaz joylashgan idishning o'lchamlaridan oshib ketadigan idishdagi gaz holatini tushunish.

Vakuum ideal izolyatordir, chunki unda bepul zaryad tashuvchilar yo'q. Yuqori vakuum hosil bo'lgan fazodan oqim o'tishi uchun bu bo'shliqqa sun'iy ravishda erkin zaryadlar manbasini kiritish kerak. Buni termion emissiya yordamida metall simni vakuumga joylashtirish orqali amalga oshirish mumkin, bu esa ichiga qo'shilishi mumkin. elektr zanjiri. U orqali elektr toki o'tkazilganda, sim qiziydi va metallning erkin elektronlari ish funktsiyasini bajarish uchun etarli energiya oladi va metallni qoldirib, uning yonida elektron bulutini hosil qiladi. Bunday holda, sim musbat zaryadlanadi va elektr maydoni ta'sirida bulutdan elektronlar qisman elektrodga qaytariladi. Muvozanat holatida elektroddan sekundiga chiqib ketayotgan elektronlar soni shu vaqt ichida elektrodga qaytgan elektronlar soniga teng. Metallning harorati qanchalik baland bo'lsa, elektron bulutining zichligi shunchalik yuqori bo'ladi.

Oqim paydo bo'lishi uchun qo'shimcha shart - elektr maydonini yaratish kerak, uning ta'siri ostida elektronlar yo'nalishda harakat qiladi.

Vakuumdagi oqim oqimdir elektronlar. Idishga muhrlangan issiq va sovuq elektrodlar orasidagi farq ular orasidagi elektr tokining bir tomonlama o'tkazilishiga olib keladi. Elektrodlar oqim manbaiga ulanganda ular orasida elektr maydoni paydo bo'ladi. Agar manbaning musbat qutbi sovuq elektrodga (anod), manfiy qutbi esa qizdirilganga (katod) ulangan bo'lsa, u holda elektr maydon kuchi qizdirilgan elektrodga yo'naltiriladi. Ushbu maydon ta'sirida elektronlar qisman elektron bulutini tark etadi va sovuq elektrod tomon harakat qiladi. Elektr davri yopiladi va unda elektr toki o'rnatiladi. Manba teskari yo'nalishda yoqilganda, maydon kuchi katoddan anodga yo'naltiriladi. Elektr maydoni bulutning elektronlarini katodga qaytaradi. O'chirish ochiq va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim yo'q. Shuning uchun diod bir tomonlama o'tkazuvchanlikka ega.

Adabiyot

Aksenovich L.A. Fizika o'rta maktab: Nazariya. Vazifalar. Testlar: Darslik. umumiy ta'lim muassasalari uchun nafaqa. atrof-muhit, ta'lim / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - B. 294-295.

Yigirmanchi asrning birinchi yarmi elektronikasidagi eng muhim qurilmalar. Vakuumda elektr tokini ishlatadigan vakuum naychalari mavjud edi. Biroq, ular yarimo'tkazgichli qurilmalar bilan almashtirildi. Ammo bugungi kunda ham vakuumdagi oqim katod nurlari quvurlarida, vakuumli eritish va payvandlashda, shu jumladan kosmosda va boshqa ko'plab qurilmalarda qo'llaniladi. Bu vakuumda elektr tokini o'rganish muhimligini belgilaydi.

Vakuum (lotincha vakuum - bo'shlik) - atmosfera bosimidan past bosimdagi gaz holati. Bu kontseptsiya yopiq idishdagi yoki gaz pompalanadigan idishdagi gazga va ko'pincha gazga nisbatan qo'llaniladi. bo'sh joy, masalan, kosmosga. Jismoniy xususiyatlar vakuum - molekulalarning erkin yo'li va idishning kattaligi o'rtasidagi, qurilma elektrodlari orasidagi va boshqalar.

Qachon haqida gapiramiz vakuum haqida, keyin negadir ular bu butunlay bo'sh joy ekanligiga ishonishadi. Aslida, bu shunday emas. Agar idishdan havo chiqarib yuborilsa, vaqt o'tishi bilan undagi molekulalar soni kamayadi, garchi idishdan barcha molekulalarni olib tashlash mumkin emas. Xo'sh, qachon idishda vakuum yaratilgan deb hisoblashimiz mumkin?

Xaotik tarzda harakatlanadigan havo molekulalari ko'pincha bir-biri bilan va tomir devorlari bilan to'qnashadi. Bunday to'qnashuvlar orasida molekulalar molekulalarning erkin yo'li deb ataladigan ma'lum masofalarga uchadi. Ko'rinib turibdiki, havo tashqariga chiqarilganda molekulalarning konsentratsiyasi (birlik hajmdagi ularning soni) kamayadi va o'rtacha erkin yo'l ortadi. Va keyin o'rtacha erkin yo'l tomir hajmiga teng bo'ladigan bir lahza keladi: molekula boshqa molekulalarga duch kelmasdan, idishning devoridan devoriga o'tadi. Aynan o'sha paytda ular idishda vakuum yaratilganiga ishonishadi, garchi unda hali ham ko'p molekulalar bo'lishi mumkin. Ko'rinib turibdiki, kichikroq idishlarda kattaroq idishlarga qaraganda ulardagi yuqori gaz bosimida vakuum hosil bo'ladi. Agar siz idishdan havo chiqarishni davom ettirsangiz, unda chuqurroq vakuum hosil bo'ladi, deyishadi. Chuqur vakuumda molekula boshqa molekula bilan uchrashishdan oldin devordan devorga ko'p marta uchishi mumkin. Barcha molekulalarni idishdan chiqarib yuborish deyarli mumkin emas. Vakuumda bepul zaryad tashuvchilar qayerdan keladi? Agar idishda vakuum hosil bo'lsa, unda hali ham ko'p molekulalar mavjud, ularning ba'zilari ionlangan bo'lishi mumkin. Ammo sezilarli oqimni aniqlash uchun bunday idishda bir nechta zaryadlangan zarralar mavjud. Qanday qilib vakuumda etarli miqdordagi bepul zaryad tashuvchilarni olishimiz mumkin? Agar siz o'tkazgichni elektr tokini o'tkazib yoki boshqa yo'l bilan qizdirsangiz, u holda bo'linadi erkin elektronlar metallda metalldan chiqish uchun etarli energiya bo'ladi (ish funktsiyasini bajarish).

Termion emissiyasi. Zaryadlangan elektrometrning tayoqchasini vakuumli shisha kolbaning bir elektrodiga, elektrometr korpusini esa yupqa metall ip bo‘lgan boshqa elektrodga ulaymiz (12-rasm). Tajriba shuni ko'rsatadiki, elektrometr zaryadsizlanmaydi.

Guruch. 12

Havo chiqarilgan va kuchlanish ostida bo'lgan muhrlangan idishda joylashgan ikkita elektrod o'rtasida elektr toki yo'q, chunki vakuumda bo'sh elektr zaryad tashuvchilar yo'q. Amerikalik olim va ixtirochi Tomas Edison (1847-1931) elektrodlardan biri yuqori haroratgacha qizdirilsa, vakuumli shisha kolbada elektr toki paydo bo'lishini (1879) aniqladi.

Keling, tok manbasini metall ipning terminallariga ulaymiz. Agar ip manbaning salbiy qutbiga ulangan bo'lsa, u qizib ketganda elektrometr tezda zaryadsizlanadi. Ip musbat qutbga ulanganda, elektr tok oqim bilan qizdirilganda ham elektrometr zaryadsizlanmaydi. Bu tajribalar isitiladigan katod manfiy zarrachalar chiqarishini isbotlaydi elektr zaryadi. Bu zarralar elektronlardir. Qizdirilgan jismlar yuzasidan erkin elektronlar chiqarish hodisasi termion emissiya deyiladi.

Diyot. Termiyonik emissiya turli xil elektron qurilmalarda qo'llaniladi. Ulardan eng oddiyi elektr vakuumli dioddir. Ushbu qurilma ikkita elektrodni o'z ichiga olgan shisha tsilindrdan iborat: katod va anod. Anod metall plastinkadan, katod spiralga o'ralgan yupqa metall simdan qilingan. Spiralning uchlari elektr zanjiriga ulanish uchun ikkita terminalga ega bo'lgan metall novdalarga o'rnatiladi. Katod simlarini oqim manbaiga ulab, katod simining spiralini o'tuvchi oqim bilan yuqori haroratgacha qizdirishga olib kelishi mumkin. Elektr toki bilan isitiladigan simli spiral chiroq filamenti deb ataladi. Vakuum diodining belgisi 13-rasmda ko'rsatilgan.

Guruch. 13

Diyotni qo'llash. Elektr pallasida vakuum diodini manba bilan ketma-ket ulash orqali to'g'ridan-to'g'ri oqim va ampermetr, siz turli xil elektron qurilmalarda ishlatiladigan diodaning asosiy xususiyatini aniqlashingiz mumkin - bir tomonlama o'tkazuvchanlik. Tok manbai anodga musbat qutb va katodga manfiy qutb bilan ulanganda, qizdirilgan katod tomonidan chiqarilgan elektronlar elektr maydon ta'sirida anodga o'tadi - zanjirda elektr toki oqadi. Agar siz musbat qutbli oqim manbasini katodga, manfiy qutb esa anodga ulasangiz, u holda elektr maydoni elektronlarning katoddan anodga o'tishiga to'sqinlik qiladi - zanjirda elektr toki yo'q. Diyotning bir tomonlama o'tkazuvchanlik xususiyati konvertatsiya qilish uchun radioelektron qurilmalarda qo'llaniladi o'zgaruvchan tok doimiyga.

Triod. Vakuum trubkasida katoddan anodga o'tadigan elektronlar oqimini elektr va magnit maydonlar yordamida boshqarish mumkin. Elektr maydoni yordamida elektronlar oqimi boshqariladigan eng oddiy elektr vakuum qurilmasi trioddir. Vakuum triodining idishi, anod va katodi diodnikiga o'xshash dizaynga ega, ammo trioddagi katoddan anodgacha bo'lgan elektronlar yo'lida panjara deb ataladigan uchinchi elektrod mavjud. Odatda mash bir nechta burilishlarning spiralidir yupqa sim katod atrofida.

Agar katodga nisbatan tarmoqqa ijobiy potentsial qo'llanilsa (14a-rasm), u holda elektronlarning muhim qismi katoddan anodga uchadi va anod zanjirida elektr toki mavjud. Tarmoqqa oziqlanganda salbiy potentsial katodga nisbatan, tarmoq va katod orasidagi elektr maydoni elektronlarning katoddan anodga harakatlanishiga to'sqinlik qiladi (14b-rasm), anod oqimi kamayadi. Shunday qilib, tarmoq va katod orasidagi kuchlanishni o'zgartirib, siz anod pallasida oqimni tartibga solishingiz mumkin.

Guruch. 14

Vakuum triod qurilmasi 15-rasmda ko'rsatilgan, u ramzi diagrammalar bo'yicha - 16-rasmda.

Guruch. 15

Elektron nurlar va ularning xossalari. Isitilgan katod tomonidan chiqarilgan elektronlar elektr maydonlari yordamida tezlashishi mumkin yuqori tezliklar. Yuqori tezlikda harakatlanuvchi elektronlar nurlari rentgen nurlarini ishlab chiqarish va metallarni eritish va kesish uchun ishlatilishi mumkin. Elektron nurlarining elektr va magnit maydonlari ta'sirida burilib, kristallarning porlashiga olib kelishi qobiliyati katod nurlari naychalarida qo'llaniladi.

Katod-nurli trubka. Agar vakuumli diodning 2-anodida teshik hosil qilinsa, u holda 1-katod tomonidan chiqarilgan elektronlarning bir qismi teshikdan uchib o'tadi va anod orqasidagi bo'shliqda parallel uchuvchi elektronlar oqimini hosil qiladi - elektron nur 5 (15-rasm). .

Guruch. 16

Bunday elektronlar oqimini ishlatadigan elektr vakuum qurilmasi katod nurlari trubkasi deb ataladi.

Anodga qarshi katod nurlari trubasining shisha tsilindrining ichki yuzasi qoplangan yupqa qatlam tez elektronlar bilan urilganda porlashi mumkin bo'lgan kristallar. Naychaning bu qismi ekran (6) deb ataladi.

Elektr va magnit maydonlardan foydalanib, siz anoddan ekranga boradigan yo'lda elektronlarning harakatini boshqarishingiz va elektron nurni ekrandagi istalgan rasmni "chizishga" majburlashingiz mumkin. Ushbu elektron nurlanish qobiliyati kineskop deb ataladigan televizion katod nurlari trubkasi ekranida tasvirlarni yaratish uchun ishlatiladi. Ekrandagi nuqta yorqinligini o'zgartirish katod va anod o'rtasida joylashgan va elektr vakuum triodining boshqaruv panjarasi printsipi asosida ishlaydigan qo'shimcha elektrod yordamida elektron nurning intensivligini nazorat qilish orqali erishiladi.

Katod nurli osiloskopning trubkasida anod va ekran o'rtasida ikkita juft parallel joylashgan. metall plitalar. Bu plitalar burilish plitalari deb ataladi. Vertikal joylashgan plitalarga 4 kuchlanish qo'llash elektron nurning gorizontal yo'nalishda siljishiga olib keladi, gorizontal plitalarga kuchlanish qo'llanilishi 3 nurning vertikal egilishiga olib keladi. Quvur ekranidagi nurlarning siljishi qo'llaniladigan kuchlanishga mutanosibdir, shuning uchun elektron osiloskop elektr o'lchash asbobi sifatida ishlatilishi mumkin.

Tez o'zgaruvchan elektr jarayonlarini o'rganish uchun osiloskopda supurish amalga oshiriladi - elektron nurning gorizontal ravishda bir tekis harakatlanishi. Nurning gorizontal o'qi bo'ylab harakatlanishi uchun doimiy tezlik, gorizontal burilish plitalaridagi kuchlanish vaqtida chiziqli ravishda o'zgarishi kerak va nurni qaytarish uchun boshlang'ich pozitsiyasi Voltaj juda tez nolga tushishi kerak. Stressning bu shakli arra tishi deb ataladi (17-rasm).

Yigirmanchi asrning birinchi yarmi elektronikasidagi eng muhim qurilmalar. Vakuumda elektr tokini ishlatadigan vakuum naychalari mavjud edi. Biroq, ular yarim o'tkazgichli qurilmalar bilan almashtirildi. Ammo bugungi kunda ham vakuumdagi oqim katod nurlari quvurlarida, vakuumli eritish va payvandlashda, shu jumladan kosmosda va boshqa ko'plab qurilmalarda qo'llaniladi. Bu elektr tokini vakuumda o'rganish muhimligini belgilaydi.

Vakuum (latdan.vakuum– bo‘shlik) – gazning atmosfera bosimidan past bosimdagi holati. Bu kontseptsiya yopiq idishdagi yoki gaz pompalanadigan idishdagi gazga va ko'pincha bo'sh joydagi gazga, masalan, kosmosga tegishli. Vakuumning fizik xarakteristikasi molekulalarning erkin yo'li va idishning kattaligi, qurilma elektrodlari va boshqalar o'rtasidagi bog'liqlikdir.

1-rasm. Havoni kemadan evakuatsiya qilish

Vakuum haqida gap ketganda, ular negadir bu butunlay bo'sh joy deb o'ylashadi. Aslida, bu shunday emas. Agar idishdan havo chiqarilsa (1-rasm ), keyin undagi molekulalar soni vaqt o'tishi bilan kamayadi, garchi barcha molekulalarni idishdan olib tashlash mumkin emas. Xo'sh, qachon idishda vakuum yaratilgan deb hisoblashimiz mumkin?

Xaotik tarzda harakatlanadigan havo molekulalari ko'pincha bir-biri bilan va tomir devorlari bilan to'qnashadi. Bunday to'qnashuvlar orasida molekulalar molekulalarning erkin yo'li deb ataladigan ma'lum masofalarga uchadi. Ko'rinib turibdiki, havo tashqariga chiqarilganda molekulalarning konsentratsiyasi (birlik hajmdagi ularning soni) kamayadi va o'rtacha erkin yo'l ortadi. Va keyin o'rtacha erkin yo'l tomir hajmiga teng bo'ladigan bir lahza keladi: molekula boshqa molekulalarga duch kelmasdan, idishning devoridan devoriga o'tadi. Aynan o'sha paytda ular idishda vakuum yaratilganiga ishonishadi, garchi unda hali ham ko'p molekulalar bo'lishi mumkin. Ko'rinib turibdiki, kichikroq idishlarda kattaroq idishlarga qaraganda ulardagi yuqori gaz bosimida vakuum hosil bo'ladi.

Agar siz idishdan havo chiqarishni davom ettirsangiz, unda chuqurroq vakuum paydo bo'ladi, deyishadi. Chuqur vakuumda molekula boshqa molekula bilan uchrashishdan oldin devordan devorga ko'p marta uchishi mumkin.

Barcha molekulalarni idishdan chiqarib yuborish deyarli mumkin emas.

Vakuumda bepul zaryad tashuvchilar qayerdan keladi?

Agar idishda vakuum hosil bo'lsa, unda hali ham ko'p molekulalar mavjud, ularning ba'zilari ionlangan bo'lishi mumkin. Ammo sezilarli oqimni aniqlash uchun bunday idishda bir nechta zaryadlangan zarralar mavjud.

Qanday qilib vakuumda etarli miqdordagi bepul zaryad tashuvchilarni olishimiz mumkin? Agar siz o'tkazgichni elektr toki orqali yoki boshqa yo'l bilan qizdirsangiz (2-rasm ), keyin metalldagi erkin elektronlarning bir qismi metallni tark etish uchun etarli energiyaga ega bo'ladi (ish funktsiyasini bajaradi). Cho‘g‘lanma jismlardan elektron chiqarish hodisasi termion emissiya deyiladi.

Guruch. 2. Issiq o'tkazgich tomonidan elektronlarning emissiyasi

Elektronika va radio deyarli bir xil yoshda. To'g'ri, dastlab radio o'z tengdoshlarisiz ishladi, lekin keyinchalik elektron qurilmalar radioning moddiy asosiga aylandi yoki ular aytganidek, uning elementar asosiga aylandi.

Elektronikaning boshlanishini 1883 yilda, mashhur Tomas Alfa Edison uglerod filamentli yorug'lik chiroqining ishlash muddatini uzaytirishga urinib, havo evakuatsiya qilingan chiroq tsilindriga metall elektrodni kiritganida kuzatilishi mumkin.

Aynan shu tajriba Edisonni tranzistor davrigacha bo'lgan barcha vakuum naychalari va barcha elektronikaning asosini tashkil etgan yagona fundamental ilmiy kashfiyotiga olib keldi. U kashf etgan hodisa keyinchalik termion emissiya nomini oldi.

Tashqi tomondan, Edisonning tajribasi juda oddiy ko'rinardi. U akkumulyator va galvanometrni elektrodning terminaliga va elektr toki bilan isitiladigan filamentning terminallaridan biriga uladi.

Batareyaning ortiqcha qismi elektrodga, minus esa ipga ulanganda galvanometr ignasi burilib ketdi. Agar polarit o'zgartirilsa, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim to'xtadi.

Edison bu effektni e'lon qildi va kashfiyot uchun patent oldi. To'g'ri, u, ular aytganidek, o'z ishini amalga oshirmadi va hodisaning jismoniy manzarasini tushuntirmadi. Bu vaqtda elektron hali kashf etilmagan va "termion emissiya" tushunchasi, tabiiyki, elektron kashf etilgandan keyingina paydo bo'lishi mumkin edi.

Uning mohiyati shundan iborat. Issiq metall ipda elektronlarning tezligi va energiyasi shunchalik ko'payadiki, ular ipning yuzasidan ajralib chiqadi va erkin oqimda uni o'rab turgan bo'shliqqa shoshiladi. Ipdan qochgan elektronlarni tortishish kuchini engib o'tgan raketalarga o'xshatish mumkin. Agar ortiqcha batareya elektrodga ulangan bo'lsa, u holda filament va elektrod orasidagi silindr ichidagi elektr maydoni elektronlarni unga yo'naltiradi. Ya'ni, chiroq ichida elektr toki oqadi.

Vakuumdagi elektronlar oqimi elektr tokining bir turidir. Vakuumdagi bunday elektr tokini, agar "bug'lanish" elektronlar manbai bo'lgan isitiladigan katod va anod havo ehtiyotkorlik bilan pompalanadigan idishga joylashtirilsa, olish mumkin. Katod va anod o'rtasida elektr maydoni hosil bo'lib, ma'lum bir yo'nalishda elektronlarga tezlikni beradi.

Televizion trubkalarda, radio trubkalarda, metallarni elektron nur bilan eritish uchun qurilmalarda va boshqa ko'plab qurilmalarda elektronlar vakuumda harakatlanadi. Vakuumda elektron oqimlari qanday olinadi? Bu oqimlar qanday boshqariladi?

3-rasm

Biz bilamizki, metallar o'tkazuvchan elektronlarga ega. o'rtacha tezlik Ushbu elektronlarning harakati metallning haroratiga bog'liq: harorat qanchalik baland bo'lsa, u shunchalik katta bo'ladi. Keling, ikkita metall elektrodni vakuumga bir-biridan ma'lum masofada joylashtiramiz (3-rasm ) va ular o'rtasida ma'lum potentsial farqni yaratadi. Zanjirda oqim bo'lmaydi, bu elektrodlar orasidagi bo'shliqda erkin elektr zaryad tashuvchilarning yo'qligini ko'rsatadi. Shunday qilib, metallarda erkin elektronlar mavjud, ammo ular metall ichida va oddiy haroratlarda amalda saqlanadi.

undan chiqa olmaydi. Elektronlar metalldan chiqib ketishi uchun (bug'lanish paytida suyuqlikdan molekulalarning qochishiga o'xshash) ular metallning qochishi natijasida metallda paydo bo'lgan ortiqcha musbat zaryaddan elektr tortishish kuchlarini engib o'tishlari kerak. elektronlar, shuningdek, ilgari qochib ketgan va metall yuzasi yaqinida elektron "bulut" hosil qilgan elektronlardan itaruvchi kuchlar. Boshqacha qilib aytganda, metalldan vakuumga uchib chiqish uchun elektron ma'lum miqdordagi ishni bajarishi kerak.Abu kuchlarga qarshi, tabiiyki, uchun farq qiladi turli metallar. Bu ish deyiladiish funktsiyasi metalldan elektronlar. Ish vazifasini ular tufayli elektronlar bajaradi kinetik energiya. Shuning uchun, sekin elektronlar metalldan qochib qutula olmasligi aniq va faqat kinetik energiyasi bo'lganlarginaE Kimga ish funktsiyasidan oshib ketadi, ya'niE Kimga ≥ A. Metalldan erkin elektronlarning ajralib chiqishi deyiladielektron emissiya .

Elektron emissiya mavjud bo'lishi uchun ish funktsiyasini bajarish uchun etarli bo'lgan metallarning o'tkazuvchan elektronlariga kinetik energiya berish kerak. Elektronlarga kerakli kinetik energiyani berish usuliga qarab, elektron emissiyasining har xil turlari mavjud. Agar metallni boshqa ba'zi zarralar (elektronlar, ionlar) tomonidan tashqaridan bombardimon qilish natijasida o'tkazuvchanlik elektronlariga energiya berilsa,ikkilamchi elektron emissiyasi . Elektron emissiya metallning yorug'lik bilan nurlanishi ta'sirida sodir bo'lishi mumkin. Bunday holda u kuzatiladifotoemissiya , yokifotoelektrik effekt . Bundan tashqari, kuchli elektr maydoni ta'sirida elektronlar metalldan chiqib ketishi mumkin -avtoelektron emissiya . Nihoyat, elektronlar tanani isitish orqali kinetik energiya olishlari mumkin. Bu holatda ular haqida gapirishaditermion emissiya .

Keling, termion emissiya hodisasini va uning qo'llanilishini batafsil ko'rib chiqaylik.

Oddiy haroratlarda oz sonli elektronlar kinetik energiyaga ega bo'lishi mumkin, ular metalldan elektronlarning ish funktsiyasi bilan solishtiriladi. Harorat oshishi bilan bunday elektronlar soni ortadi va metall 1000 - 1500 daraja haroratgacha qizdirilganda, elektronlarning katta qismi allaqachon metallning ish funktsiyasidan oshib ketadigan energiyaga ega bo'ladi. Aynan shu elektronlar metalldan uchib chiqishlari mumkin, lekin ular uning yuzasidan uzoqlashmaydi, chunki metall musbat zaryadlanadi va elektronlarni tortadi. Shuning uchun qizdirilgan metall yaqinida elektronlarning "buluti" hosil bo'ladi. Ushbu "bulut" dan elektronlarning bir qismi metallga qaytadi va shu bilan birga yangi elektronlar metalldan uchib chiqadi. Bunday holda, elektron "gaz" va elektron "bulut" o'rtasida dinamik muvozanat o'rnatiladi, ma'lum bir vaqt ichida metalldan qochib ketgan elektronlar soni "bulut" dan qaytib keladigan elektronlar soni bilan solishtiriladi. bir vaqtning o'zida metall.