Elektronu avoti, elektronu starojuma veidi, jonizācijas cēloņi

Lai saprastu un izskaidrotu elektronisko ierīču darbības principus, ir jāatbild uz šādu jautājumu: kā tiek atdalīti elektroni?Mēs atbildēsim šajā rakstā.

Saskaņā ar mūsdienu teoriju atoms sastāv no kodola, kuram ir pozitīvs lādiņš un kas sevī koncentrē gandrīz visu atoma masu, un negatīvi lādētiem elektroniem, kas atrodas ap kodolu. Atoms kopumā ir elektriski neitrāls, tāpēc kodola lādiņam jābūt vienādam ar apkārtējo elektronu lādiņu.

Tā kā visas ķīmiskās vielas ir izgatavotas no molekulām, bet molekulas ir izgatavotas no atomiem, jebkura viela cietā, šķidrā vai gāzveida stāvoklī ir potenciāls elektronu avots. Faktiski visi trīs matērijas agregāti tiek izmantoti tehniskajās ierīcēs kā elektronu avots.

Īpaši nozīmīgs elektronu avots ir metāli, kurus šim nolūkam parasti izmanto vadu vai lentu veidā.

Rodas jautājums: ja šāds kvēldiegs satur elektronus un ja šie elektroni ir relatīvi brīvi, tas ir, tie var vairāk vai mazāk brīvi pārvietoties metāla iekšienē (ka tas tā patiešām ir, mēs esam pārliecināti, ka pat ļoti neliela potenciālu atšķirība uzlikts abos šāda pavediena galos virza elektronu plūsmu pa to), tad kāpēc elektroni neizlido no metāla un normālos apstākļos neveido elektronu avotu? Vienkāršu atbildi uz šo jautājumu var sniegt, pamatojoties uz elementāru elektrostatisko teoriju.

Pieņemsim, ka elektroni atstāj metālu. Tad metālam vajadzētu iegūt pozitīvu lādiņu. Tā kā pretēju zīmju lādiņi piesaista viens otru, elektroni atkal tiks piesaistīti metālam, ja vien kāda ārēja ietekme to neaizkavē.

Ir vairāki veidi, kā elektroniem metālā var dot pietiekami daudz enerģijas, lai tas atstātu metālu:

1. Termioniskais starojums

Termioniskais starojums ir elektronu emisija no kvēlspuldzēm. Termioniskais starojums ir pētīts cietās vielās un jo īpaši metālos un pusvadītājos saistībā ar to izmantošanu kā materiālu elektronisko ierīču un siltuma-elektrības pārveidotāju termokatodiem.

Negatīvās elektrības zuduma parādība no ķermeņiem, uzkarsējot līdz temperatūrai, kas pārsniedz balto siltumu, ir zināma kopš 18. gadsimta beigām. V. V. Petrovs (1812), Tomass Edisons (1889) un citi noteica vairākus šīs parādības kvalitatīvos likumus. Līdz 20. gadsimta 30. gadiem tika noteiktas galvenās analītiskās attiecības starp emitēto elektronu skaitu, ķermeņa temperatūru un darba funkciju.

Strāva, kas plūst caur kvēldiegu, kad tā galiem tiek pielikts spriegums, uzsilda kvēldiegu. Kad metāla temperatūra ir pietiekami augsta, elektroni atstās metāla virsmu un izkļūs apkārtējā telpā.

Šādā veidā izmantoto metālu sauc par termokatodu, un elektronu izdalīšanos šādā veidā sauc par termisko starojumu. Procesi, kas izraisa termisko starojumu, ir līdzīgi molekulu iztvaikošanas procesiem no šķidruma virsmas.

Abos gadījumos ir jāveic kāds darbs.Šķidruma gadījumā šis darbs ir latentais iztvaikošanas siltums, kas ir vienāds ar enerģiju, kas nepieciešama, lai vienu gramu vielas mainītu no šķidra uz gāzveida stāvokli.

Termioniskā starojuma gadījumā tā sauktā darba funkcija ir minimālā enerģija, kas nepieciešama viena elektrona iztvaikošanai no metāla. Vakuuma pastiprinātājiem, ko iepriekš izmantoja radiotehnikā, parasti bija termioniskie katodi.

2. Fotoemisija

Gaismas iedarbība uz dažādu materiālu virsmu izraisa arī elektronu izdalīšanos. Gaismas enerģiju izmanto, lai nodrošinātu vielas elektronus ar nepieciešamo papildu enerģiju, lai tie varētu atstāt metālu.

Materiālu, ko šajā metodē izmanto kā elektronu avotu, sauc par fotoelektrisko katodu, un elektronu atbrīvošanas procesu sauc par fotoelementu vai fotoelektronu emisijas… Šis elektronu atbrīvošanas veids ir elektriskās acs pamatā. fotoelements.

3. Sekundārās emisijas

Daļiņām (elektroniem vai pozitīviem joniem) atsitoties pret metāla virsmu, daļa no šo daļiņu kinētiskās enerģijas vai visa to kinētiskā enerģija var tikt pārnesta uz vienu vai vairākiem metāla elektroniem, kā rezultātā tās iegūst enerģiju, kas ir pietiekama, lai izietu. metāls. Šo procesu sauc par sekundāro elektronu emisiju.

4. Autoelektroniskās emisijas

Ja metāla virsmas tuvumā ir ļoti spēcīgs elektriskais lauks, tas var atraut elektronus prom no metāla. Šo parādību sauc par lauka emisiju vai aukstuma emisiju.

Dzīvsudrabs ir vienīgais metāls, ko plaši izmanto kā lauka emisijas katodu (vecajos dzīvsudraba taisngriežos). Dzīvsudraba katodi nodrošina ļoti lielu strāvas blīvumu un ļauj konstruēt taisngriežus līdz 3000 kW.

Elektronus no gāzveida vielas var atbrīvot arī vairākos veidos. Procesu, kurā atoms zaudē elektronu, sauc par jonizāciju.… Atomu, kas ir zaudējis elektronu, sauc par pozitīvo jonu.

Jonizācijas process var notikt šādu iemeslu dēļ:

1. Elektroniskā bombardēšana

Brīvais elektrons ar gāzi pildītā lampā elektriskā lauka ietekmē var iegūt enerģiju, kas ir pietiekama, lai jonizētu gāzes molekulu vai atomu. Šim procesam var būt lavīnas raksturs, jo pēc elektrona izsitīšanas no atoma abi elektroni nākotnē, saduroties ar gāzes daļiņām, var atbrīvot jaunus elektronus.

Primāros elektronus no cietas vielas var atbrīvot ar jebkuru no iepriekš apskatītajām metodēm, un cietas vielas lomu var pildīt gan apvalks, kurā ir ietverta gāze, gan jebkurš no elektrodiem, kas atrodas lampas iekšpusē.Primāros elektronus var ģenerēt arī ar fotoelektrisko starojumu.

2. Fotoelektriskā jonizācija

Ja gāze tiek pakļauta redzamam vai neredzamam starojumam, šī starojuma enerģija var būt pietiekama (ja to absorbē atoms), lai atdalītu dažus elektronus. Šim mehānismam ir svarīga loma noteiktos gāzes izvadīšanas veidos. Turklāt gāzē var rasties fotoelektrisks efekts, ko izraisa ierosināto daļiņu emisija no pašas gāzes.

3. Pozitīvo jonu bombardēšana

Pozitīvs jons, kas saskaras ar neitrālu gāzes molekulu, var atbrīvot elektronu, kā tas ir elektronu bombardēšanas gadījumā.

4. Termiskā jonizācija

Ja gāzes temperatūra ir pietiekami augsta, tad daži elektroni, kas veido tās molekulas, var iegūt pietiekami daudz enerģijas, lai atstātu atomus, kuriem tie pieder. Šī parādība ir līdzīga metāla termoelektriskajam starojumam.Šāda veida emisijai ir nozīme tikai spēcīga loka gadījumā pie augsta spiediena.

Nozīmīgākā loma ir gāzes jonizācijai elektronu bombardēšanas rezultātā. Fotoelektriskā jonizācija ir svarīga dažos gāzu izlādes veidos. Pārējie procesi ir mazāk svarīgi.

Vēl salīdzinoši nesen dažādu konstrukciju vakuumierīces tika izmantotas visur: sakaru tehnoloģijās (īpaši radiosakaros), radaros, enerģētikā, instrumentu izgatavošanā utt.

Elektrovakuuma ierīču izmantošana enerģētikas jomā sastāv no maiņstrāvas pārvēršanas līdzstrāvā (rektifikācija), līdzstrāvas pārvēršanas maiņstrāvā (invertēšana), frekvences maiņas, elektromotoru ātruma regulēšanas, automātiskas maiņstrāvas sprieguma kontroles. un līdzstrāvas ģeneratori, ieslēdzot un izslēdzot ievērojamu jaudu elektriskajā metināšanā, apgaismojuma vadīšanā.

Elektronu caurules — vēsture, darbības princips, dizains un pielietojums

Radiācijas mijiedarbības ar elektroniem izmantošana ļāva izveidot fotoelementus un gāzizlādes gaismas avotus: neona, dzīvsudraba un dienasgaismas spuldzes. Elektroniskā vadība bija ārkārtīgi svarīga teātra un rūpnieciskā apgaismojuma shēmās.

Pašlaik visos šajos procesos tiek izmantotas pusvadītāju elektroniskās ierīces un tos izmanto apgaismojumam LED tehnoloģija.