Rryma elektrike në një vlerë vakum. Çfarë është rryma elektrike në vakum?

Përpara se pajisjet gjysmëpërçuese të fillonin të përdornin në inxhinierinë radio, tubat vakum përdoreshin kudo.

Koncepti i vakumit

Tubi elektronik ishte një tub qelqi i mbyllur në të dy skajet, me një katodë në njërën anë dhe një anodë në anën tjetër. Gazi u lëshua nga tubi në një gjendje në të cilën molekulat e gazit mund të fluturonin nga një mur në tjetrin pa u përplasur. Kjo gjendje e gazit quhet vakum. Me fjalë të tjera, vakuumi është një gaz shumë i rrallë.

Në kushte të tilla, përçueshmëria brenda llambës mund të sigurohet vetëm duke futur grimca të ngarkuara në burim. Në mënyrë që grimcat e ngarkuara të shfaqen brenda llambës, ata përdorën një veti të trupave siç është emetimi termionik.

Emisioni termionik është fenomeni i emetimit të elektroneve nga një trup nën ndikimin e temperaturë të lartë. Për shumë substanca, emetimi termionik fillon në temperatura në të cilat avullimi i vetë substancës nuk mund të fillojë ende. Në llambat, katoda bëheshin nga substanca të tilla.

Rryma elektrike në vakum

Katoda më pas u nxeh, duke bërë që ajo të lëshonte vazhdimisht elektrone. Këto elektrone formuan një re elektronike rreth katodës. Kur një burim energjie lidhej me elektrodat, midis tyre u formua një fushë elektrike.

Për më tepër, nëse poli pozitiv i burimit është i lidhur me anodën, dhe poli negativ me katodën, atëherë vektori i intensitetit të fushës elektrike do të drejtohet drejt katodës. Nën ndikimin e kësaj force, disa elektrone ikin nga reja e elektroneve dhe fillojnë të lëvizin drejt anodës. Kështu, ata krijojnë një rrymë elektrike brenda llambës.

Nëse e lidhni llambën ndryshe, duke lidhur polin pozitiv me katodën dhe polin negativ me anodën, atëherë forca e fushës elektrike do të drejtohet nga katoda në anodë. Kjo fushë elektrike do t'i shtyjë elektronet prapa drejt katodës dhe nuk do të ketë përçueshmëri. Qarku do të mbetet i hapur. Kjo pronë quhet përçueshmëri e njëanshme.

Diodë me vakum

Më parë, përçueshmëria me një drejtim përdorej gjerësisht në pajisje elektronike me dy elektroda. Pajisjet e tilla quheshin diodat me vakum. Në një kohë ata kryenin rolin që tani luajnë diodat gjysmëpërçuese.

Më shpesh përdoret për të rregulluar rrymën elektrike. Për momentin, diodat e vakumit praktikisht nuk përdoren askund. Në vend të kësaj, i gjithë njerëzimi progresiv përdor dioda gjysmëpërçuese.

Në këtë mësim ne vazhdojmë të studiojmë rrjedhën e rrymave në media të ndryshme, veçanërisht në vakum. Ne do të shqyrtojmë mekanizmin e formimit të tarifave falas, do të shqyrtojmë pajisjet kryesore teknike që funksionojnë në parimet e rrymës në vakum: një diodë dhe një tub me rreze katodë. Ne gjithashtu do të tregojmë vetitë themelore të rrezeve elektronike.

Rezultati i eksperimentit shpjegohet si më poshtë: si rezultat i ngrohjes, metali fillon të lëshojë elektrone nga struktura e tij atomike, të ngjashme me emetimin e molekulave të ujit gjatë avullimit. Metali i nxehtë është i rrethuar nga një re elektronike. Ky fenomen quhet emetim termionik.

Oriz. 2. Skema e eksperimentit të Edisonit

Vetia e rrezeve elektronike

Në teknologji, përdorimi i të ashtuquajturave rreze elektronike është shumë i rëndësishëm.

Përkufizimi. Një rreze elektronike është një rrymë elektronesh, gjatësia e të cilave është shumë më e madhe se gjerësia e saj. Është shumë e lehtë për t'u marrë. Mjafton të merret një tub vakumi nëpër të cilin kalon rryma dhe të bëhet një vrimë në anodë, në të cilën shkojnë elektronet e përshpejtuara (e ashtuquajtura armë elektronike) (Fig. 3).

Oriz. 3. Armë elektronike

Rrezet e elektroneve kanë një numër karakteristikash kryesore:

Si rezultat i energjisë së tyre të lartë kinetike, ato kanë një efekt termik në materialin që prekin. Kjo veti përdoret në saldimin elektronik. Saldimi elektronik është i nevojshëm në rastet kur ruajtja e pastërtisë së materialeve është e rëndësishme, për shembull, kur saldohen gjysmëpërçuesit.

• Kur përplasen me metale, rrezet e elektroneve ngadalësohen dhe lëshojnë rreze X të përdorura në mjekësi dhe teknologji (Fig. 4).

Oriz. 4. Foto e bërë duke përdorur rreze X ()

• Kur një rreze elektronike godet disa substanca të quajtura fosfore, ndodh një shkëlqim, i cili bën të mundur krijimin e ekraneve që ndihmojnë në monitorimin e lëvizjes së rrezes, e cila, natyrisht, është e padukshme për syrin e lirë.
• Aftësia për të kontrolluar lëvizjen e rrezeve duke përdorur fusha elektrike dhe magnetike.

Duhet të theksohet se temperatura në të cilën mund të arrihet emetimi termionik nuk mund të kalojë temperaturën në të cilën struktura metalike është shkatërruar.

Në fillim, Edison përdori modelin e mëposhtëm për të gjeneruar rrymë në vakum. Një përcjellës i lidhur me një qark u vendos në njërën anë të tubit të vakumit dhe një elektrodë e ngarkuar pozitivisht u vendos në anën tjetër (shih Fig. 5):

Oriz. 5

Si rezultat i kalimit të rrymës përmes përcjellësit, ajo fillon të nxehet, duke lëshuar elektrone që tërhiqen nga elektroda pozitive. Në fund, ndodh një lëvizje e drejtuar e elektroneve, e cila, në fakt, është një rrymë elektrike. Megjithatë, numri i elektroneve të emetuara në këtë mënyrë është shumë i vogël, duke rezultuar në shumë pak rrymë për çdo përdorim. Ky problem mund të tejkalohet duke shtuar një elektrodë tjetër. Një elektrodë e tillë potenciale negative quhet elektrodë e filamentit indirekt. Me përdorimin e tij, numri i elektroneve në lëvizje rritet disa herë (Fig. 6).

Oriz. 6. Përdorimi i një elektrode filamenti indirekt

Vlen të përmendet se përçueshmëria e rrymës në vakum është e njëjtë me atë të metaleve - elektronike. Edhe pse mekanizmi për shfaqjen e këtyre elektroneve të lira është krejtësisht i ndryshëm.

Bazuar në fenomenin e emetimit termionik, u krijua një pajisje e quajtur diodë vakum (Fig. 7).

Oriz. 7. Përcaktimi i një diode vakum në një diagram elektrik

Diodë me vakum

Le të hedhim një vështrim më të afërt në diodën e vakumit. Ekzistojnë dy lloje të diodave: një diodë me një filament dhe anodë dhe një diodë me një filament, një anodë dhe një katodë. E para quhet diodë e filamentit direkt, e dyta quhet diodë e filamentit indirekt. Në teknologji, përdoren të dy llojet e para dhe të dyta, megjithatë, dioda e filamentit direkt ka disavantazhin që kur nxehet, rezistenca e filamentit ndryshon, gjë që sjell një ndryshim në rrymën përmes diodës. Dhe meqenëse disa operacione duke përdorur dioda kërkojnë një rrymë plotësisht konstante, është më e këshillueshme që të përdorni llojin e dytë të diodave.

Në të dyja rastet, temperatura e filamentit për emetim efektiv duhet të jetë e barabartë me .

Diodat përdoren për të korrigjuar rrymat alternative. Nëse përdoret një diodë për shndërrimin e rrymave vlera industriale, atëherë quhet kenotron.

Elektroda e vendosur pranë elementit që lëshon elektron quhet katodë (), tjetra quhet anodë (). Kur lidhet saktë, rryma rritet me rritjen e tensionit. Kur lidhet në të kundërt, nuk do të rrjedhë fare rrymë (Fig. 8). Në këtë mënyrë, diodat me vakum krahasohen në mënyrë të favorshme me diodat gjysmëpërçuese, në të cilat, kur ndizen përsëri, rryma, megjithëse minimale, është e pranishme. Për shkak të kësaj vetie, diodat vakum përdoren për të korrigjuar rrymat alternative.

Oriz. 8. Karakteristika e rrymës-tensionit të një diode vakum

Një pajisje tjetër e krijuar në bazë të proceseve të rrjedhës së rrymës në vakum është një triodë elektrike (Fig. 9). Dizajni i tij ndryshon nga dizajni i diodës në prani të një elektrode të tretë, të quajtur rrjetë. Një pajisje e tillë si një tub me rreze katodë, i cili përbën pjesën më të madhe të pajisjeve të tilla si një oshiloskop dhe televizorë me tub, bazohet gjithashtu në parimet e rrymës në vakum.

Oriz. 9. Qarku i triodës me vakum

Tub me rreze katodë

Siç u përmend më lart, bazuar në vetitë e përhapjes së rrymës në vakum, u krijua një pajisje kaq e rëndësishme si një tub me rreze katodë. Puna e tij bazohet në vetitë e rrezeve elektronike. Le të shohim strukturën e kësaj pajisjeje. Një tub me rreze katodë përbëhet nga një balonë vakum me një zgjerim, një armë elektronike, dy katoda dhe dy çifte elektrodash pingule të ndërsjella (Fig. 10).

Oriz. 10. Struktura e një tubi me rreze katodik

Parimi i funksionimit është si më poshtë: elektronet e emetuara nga arma për shkak të emetimit termionik përshpejtohen për shkak të potencialit pozitiv në anodë. Më pas, duke aplikuar tensionin e dëshiruar në çiftet e elektrodave të kontrollit, mund ta devijojmë rrezen e elektroneve sipas dëshirës, ​​horizontalisht dhe vertikalisht. Pas së cilës rrezja e drejtuar bie në ekranin e fosforit, i cili na lejon të shohim imazhin e trajektores së rrezes mbi të.

Një tub me rreze katodë përdoret në një instrument të quajtur oshiloskop (Fig. 11), i projektuar për të studiuar sinjalet elektrike, dhe në televizorët CRT, me përjashtimin e vetëm që rrezet e elektroneve atje kontrollohen nga fusha magnetike.

Oriz. 11. Oshiloskop ()

Në mësimin tjetër do të shikojmë kalimin e rrymës elektrike në lëngje.

Referencat

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizikë (niveli bazë) - M.: Mnemosyne, 2012.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizikë klasa e 10-të. - M.: Ilexa, 2005.
3. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. Fizika. Elektrodinamika. - M.: 2010.

1. Physics.kgsu.ru ().
2. Cathedral.narod.ru ().

Detyrë shtëpie

1. Çfarë është emetimi elektronik?
2. Cilat janë mënyrat për të kontrolluar rrezet elektronike?
3. Si varet përçueshmëria e një gjysmëpërçuesi nga temperatura?
4. Për çfarë përdoret një elektrodë filamenti indirekt?
5. *Cila është vetia kryesore e diodës vakum? Çfarë është për shkak të?

Vakuumi është një gjendje e gazit të rralluar në të cilin shtegu mesatar i lirë i molekulaveλ është më e madhe se madhësia e enës d në të cilën ndodhet gazi.

Nga përkufizimi i vakumit rrjedh se praktikisht nuk ka ndërveprim midis molekulave, prandaj jonizimi i molekulave nuk mund të ndodhë, prandaj, transportuesit e ngarkesës falas nuk mund të merren në vakum, prandaj, rryma elektrike është e pamundur në të;
Për të krijuar një rrymë elektrike në vakum, duhet të vendosni një burim grimcash të ngarkuara falas në të. Elektrodat metalike të lidhura me një burim rryme vendosen në vakum. Njëra prej tyre nxehet (quhet katodë), si rezultat i së cilës ndodh procesi i jonizimit, d.m.th. Nga substanca lirohen elektronet dhe formohen jone pozitive dhe negative. Veprimi i një burimi të tillë të grimcave të ngarkuara mund të bazohet në fenomenin e emetimit termionik.

Emetimi termionik është procesi i emetimit të elektroneve nga një katodë e nxehtë. Fenomeni i emetimit termionik bën që një elektrodë metalike e nxehtë të emetojë vazhdimisht elektrone. Elektronet formojnë një re elektronike rreth elektrodës. Elektroda ngarkohet pozitivisht dhe nën ndikimin e fushës elektrike të resë së ngarkuar, elektronet nga reja kthehen pjesërisht në elektrodë. Në gjendjen e ekuilibrit, numri i elektroneve që largohen nga elektroda për sekondë është i barabartë me numrin e elektroneve që kthehen në elektrodë gjatë kësaj kohe. Sa më e lartë të jetë temperatura e metalit, aq më e lartë është dendësia e resë elektronike. Puna që duhet të bëjë një elektron për të lënë metalin quhet funksioni i punës A jashtë.

[A jashtë] = 1 eV

1 eV është energjia që merr një elektron kur lëviz në një fushë elektrike midis pikave me një ndryshim potencial prej 1 V.

1 eV = 1,6*10 -19 J

Dallimi midis temperaturave të elektrodave të nxehta dhe të ftohta të mbyllura në një enë nga e cila është evakuuar ajri çon në përcjelljen e njëanshme të rrymës elektrike ndërmjet tyre.

Kur elektrodat janë të lidhura me një burim rrymë, midis tyre lind një fushë elektrike. Nëse poli pozitiv i burimit aktual është i lidhur me një elektrodë të ftohtë (anodë), dhe poli negativ me një të nxehtë (katodë), atëherë vektori i forcës së fushës elektrike drejtohet drejt elektrodës së nxehtë. Nën ndikimin e kësaj fushe, elektronet pjesërisht largohen nga reja e elektroneve dhe lëvizin drejt elektrodës së ftohtë. Qarku elektrik mbyllet dhe në të vendoset një rrymë elektrike. Kur burimi ndizet në polaritet të kundërt, forca e fushës drejtohet nga elektroda e nxehtë në atë të ftohtë. Fusha elektrike i shtyn elektronet e resë prapa drejt elektrodës së ndezur. Qarku duket të jetë i hapur.

Një pajisje që ka përçueshmëri të njëanshme të rrymës elektrike quhet diodë vakum. Ai përbëhet nga një tub elektronik (enë), nga i cili është nxjerrë ajri dhe në të cilin ka elektroda të lidhura me një burim rryme. Karakteristikë e tensionit aktual të një diode vakum. Nënshkruani seksionet e karakteristikave të tensionit aktual të modalitetit të xhiros së diodës dhe të mbyllura?? Në tensione të ulëta të anodës, jo të gjitha elektronet e emetuara nga katoda arrijnë në anodë dhe rryma elektrike është e vogël. Në tensione të larta, rryma arrin ngopjen, d.m.th. vlera maksimale. Një diodë vakum përdoret për të korrigjuar rrymën elektrike alternative. Aktualisht, diodat vakum praktikisht nuk përdoren.

Nëse bëhet një vrimë në anodën e një tubi elektronik, atëherë disa nga elektronet e përshpejtuara nga fusha elektrike do të fluturojnë në këtë vrimë, duke formuar një rreze elektronike prapa anodës. Një rreze elektronike është rrjedha e elektroneve që fluturojnë shpejt në tubat vakum dhe pajisjet e shkarkimit të gazit.

Karakteristikat e rrezeve elektronike:
- devijojnë në fushat elektrike;
- devijimi në fusha magnetike nën ndikimin e forcës së Lorencit;
- kur një rreze që godet një substancë ngadalësohet, shfaqet rrezatimi me rreze X;
- shkakton shkëlqim (lumineshencë) të disa lëndëve të ngurta dhe lëngjeve;
- ngrohni substancën duke e kontaktuar atë.

Tub me rreze katodë (CRT).
CRT-të përdorin fenomenet e emetimit termionik dhe vetitë e rrezeve elektronike.

Në një armë elektronike, elektronet e emetuara nga një katodë e nxehtë kalojnë nëpër një elektrodë të rrjetit të kontrollit dhe përshpejtohen nga anoda. Një armë elektronike fokuson një rreze elektronike në një pikë dhe ndryshon shkëlqimin e dritës në ekran. Devijimi i pllakave horizontale dhe vertikale ju lejojnë të lëvizni rrezen e elektroneve në ekran në çdo pikë të ekranit. Ekrani i tubit është i mbuluar me një fosfor, i cili fillon të shkëlqejë kur bombardohet me elektrone.

Ekzistojnë dy lloje tubash:
1) me kontroll elektrostatik të rrezes elektronike (devijim i rrezes elektronike vetëm nga një fushë elektrike);
2) me kontroll elektromagnetik (shtohen mbështjellje të devijimit magnetik).
Tubat e rrezeve katodë prodhojnë rreze të ngushta elektronike të kontrolluara nga fusha elektrike dhe magnetike. Këta rreze përdoren në: tubat e fotove të televizorit, ekranet kompjuterike, oshiloskopët elektronikë në pajisjet matëse.

Kjo është një përmbledhje e shkurtër.

Puna për versionin e plotë vazhdon

Ligjërata20

Rryma në vakum

1. Një shënim rreth vakumit

Nuk ka rrymë elektrike në vakum, sepse në një vakum termodinamik nuk ka grimca.

Megjithatë, vakuumi më i mirë praktik i arritur është

,

ato. një numër i madh grimcash.

Megjithatë, kur flasin për rrymë në vakum, nënkuptojnë një vakum ideal në kuptimin termodinamik, d.m.th. mungesa e plotë e grimcave. Grimcat e marra nga disa burime janë përgjegjëse për rrjedhën e rrymës.

2. Funksioni i punës

Siç dihet, në metale ekziston një gaz elektronik që mbahet nga forca e tërheqjes në rrjetën kristalore. Në kushte normale, energjia e elektroneve nuk është e lartë, kështu që ato mbahen brenda kristalit.

Nëse gazit elektronik i afrohemi nga pozicionet klasike, d.m.th. konsideroni se i bindet shpërndarjes Maxwell-Boltzmann, atëherë është e qartë se ekziston një pjesë e madhe e grimcave shpejtësitë e të cilave janë më të larta se mesatarja. Rrjedhimisht, këto grimca kanë energji të mjaftueshme për të ikur nga kristali dhe për të formuar një re elektronike pranë tij.

Sipërfaqja metalike ngarkohet pozitivisht. Formohet një shtresë e dyfishtë, e cila parandalon heqjen e elektroneve nga sipërfaqja. Prandaj, për të hequr një elektron, është e nevojshme t'i jepet atij energji shtesë.

Përkufizimi: Funksioni i punës së elektroneve nga një metal është energjia që duhet t'i jepet një elektroni për ta hequr atë nga sipërfaqja e metalit në pafundësi në një gjendje zeroE k.

Funksioni i punës është i ndryshëm për metale të ndryshme.

3. Emetimi elektronik.

Në kushte normale, energjia e elektroneve është mjaft e ulët dhe ato janë të lidhura brenda përcjellësit. Ka mënyra për t'u dhënë energji shtesë elektroneve. Fenomeni i emetimit të elektroneve nën ndikimin e jashtëm quhet emetim elektronik dhe u zbulua nga Edison në 1887. Në varësi të metodës së transmetimit të energjisë, dallohen 4 lloje të emetimeve:

1. Emisioni termionik (TEE), metoda – furnizimi me nxehtësi (ngrohje).

2. Emetimi i fotoelektronit (PEE), metoda – ndriçimi.

3. Emisioni sekondar i elektroneve (SEE), metoda – bombardimi i grimcave.

4. Emetimi i elektroneve në terren (FEE), metoda – fushë e fortë elektrike.

4. Emetimet autoelektronike

Kur ekspozohen ndaj një fushe të fortë elektrike, elektronet mund të nxirren nga sipërfaqja e metalit.

Kjo vlerë e tensionit është e mjaftueshme për të nxjerrë një elektron.

Ky fenomen quhet emetim i ftohtë. Nëse fusha është mjaft e fortë, atëherë numri i elektroneve mund të bëhet i madh dhe, rrjedhimisht, rryma mund të bëhet e madhe. Sipas ligjit Joule-Lenz, një sasi e madhe nxehtësie do të çlirohet dhe AEE mund të kthehet në TEE.

5. Emetimi i fotoelektronit (PEE)

Fenomeni i efektit fotoelektrik është i njohur për një kohë të gjatë, shih "Optika".

6. Emetimi sekondar i elektroneve (SEE)

Ky fenomen përdoret në pajisjet fotoshumuese (PMT).

Gjatë funksionimit, ndodh një rritje si orteku në numrin e elektroneve. Përdoret për regjistrimin e sinjaleve të dobëta të dritës.

7. Diodë vakum.

Për të studiuar TEE, përdoret një pajisje e quajtur diodë vakum. Më shpesh, ai përbëhet nga dy cilindra koaksial të vendosur në një balonë qelqi vakum.

Katoda nxehet nga rryma elektrike, direkt ose indirekt. Me rrymë të drejtpërdrejtë, rryma kalon nëpër vetë katodën, me rrymë indirekte, brenda katodës vendoset një përcjellës shtesë - një filament. Ngrohja ndodh në temperatura mjaft të larta, kështu që katoda bëhet komplekse. Baza është një material zjarrdurues (volframi), dhe veshja është një material me pak punë rendimenti (cesium).

Dioda i përket elementeve jolineare, d.m.th. nuk i bindet ligjit të Ohmit. Ata thonë se një diodë është një element me përçueshmëri të njëanshme. Shumica e karakteristikave të tensionit aktual të diodës përshkruhen nga ligji Boguslavsky-Langmuir ose ligji "3/2".

Me rritjen e temperaturës së filamentit, karakteristikat e tensionit të rrymës zhvendosen lart dhe rryma e ngopjes rritet. Varësia e densitetit të rrymës së ngopjes nga temperatura përshkruhet nga ligji Richardson-Deshman

Duke përdorur metodat e statistikave kuantike mund të merret kjo formulë me tëkonst= Be njëjta gjë për të gjitha metalet. Eksperimenti tregon se konstantet janë të ndryshme.

8. Ndreqës gjysmëvalë

9. Valë e plotë ndreqës (vetë).

10. Aplikimi i llambave.

Përparësitë e llambave përfshijnë

· lehtësinë e kontrollit të rrjedhës së elektroneve,

· fuqi të lartë,

· një seksion i madh i karakteristikës së rrymës-tensionit pothuajse linear.

· Tubat përdoren në amplifikatorë të fuqishëm.

Disavantazhet përfshijnë:

· efikasitet të ulët,

· konsumi i lartë i energjisë.