Elektriskā strāva vakuumā

Tehniskā nozīmē telpu sauc par vakuumu, vielas daudzums, kurā, salīdzinot ar parastu gāzveida vidi, ir nenozīmīgs. Vakuuma spiediens ir vismaz par divām kārtām zemāks par atmosfēras spiedienu; tādos apstākļos brīvo lādiņu nesēju tajā praktiski nav.

Bet kā mēs zinām elektrošoks sauc par lādētu daļiņu sakārtotu kustību elektriskā lauka iedarbībā, savukārt vakuumā pēc definīcijas nav tāda lādētu daļiņu skaita, kas būtu pietiekams, lai izveidotu stabilu strāvu. Tas nozīmē, ka, lai radītu strāvu vakuumā, ir kaut kā jāpievieno tai lādētas daļiņas.

1879. gadā Tomass Edisons atklāja termioniskā starojuma fenomenu, kas mūsdienās ir viens no pārbaudītajiem veidiem, kā vakuumā iegūt brīvos elektronus, uzkarsējot metāla katodu (negatīvo elektrodu) līdz tādam stāvoklim, ka no tā sāk izlidot elektroni. Šo parādību izmanto daudzās elektroniskās vakuuma ierīcēs, jo īpaši vakuuma caurulēs.

Novietosim divus metāla elektrodus vakuumā un savienosim ar līdzstrāvas sprieguma avotu, pēc tam sāksim sildīt negatīvo elektrodu (katodu). Šajā gadījumā katoda iekšpusē esošo elektronu kinētiskā enerģija palielināsies. Ja šādā veidā papildus iegūtā elektronu enerģija izrādīsies pietiekama, lai pārvarētu potenciālo barjeru (lai veiktu katoda metāla darba funkciju), tad šādi elektroni varēs izkļūt telpā starp elektrodiem.

Tā kā starp elektrodiem ir elektriskais lauks (izveidots ar iepriekš minēto avotu), elektroniem, kas nonāk šajā laukā, vajadzētu sākt paātrināties anoda (pozitīvā elektroda) virzienā, tas ir, teorētiski vakuumā radīsies elektriskā strāva.

Bet tas ne vienmēr ir iespējams, un tikai tad, ja elektronu stars spēj pārvarēt potenciālo bedri katoda virsmā, kuras klātbūtne ir saistīta ar kosmosa lādiņa parādīšanos katoda tuvumā (elektronu mākonis).

Dažiem elektroniem spriegums starp elektrodiem būs pārāk zems, salīdzinot ar to vidējo kinētisko enerģiju, ar to nepietiks, lai izietu no akas, un tie atgriezīsies, un dažiem tas būs pietiekami augsts, lai nomierinātu elektronus. un sāk paātrināt elektriskā lauka ietekmē. Tādējādi, jo lielāks spriegums tiek pievadīts elektrodiem, jo ​​vairāk elektronu atstās katodu un kļūs par strāvas nesējiem vakuumā.

Tātad, jo augstāks ir spriegums starp elektrodiem, kas atrodas vakuumā, jo mazāks ir potenciāla dziļums katoda tuvumā.Rezultātā izrādās, ka strāvas blīvums vakuumā termioniskā starojuma laikā ir saistīts ar anoda spriegumu ar attiecību, ko sauc par Langmuira likumu (par godu amerikāņu fiziķim Ērvingam Lengmuiram) vai ar trešo likumu:

Atšķirībā no Oma likuma šeit attiecības ir nelineāras. Turklāt, palielinoties potenciālajai starpībai starp elektrodiem, vakuuma strāvas blīvums palielināsies, līdz notiks piesātinājums, stāvoklis, kad visi elektroni no elektronu mākoņa pie katoda sasniedz anodu. Turpinot palielināt potenciālu starpību starp elektrodiem, strāva nepalielināsies. R

Dažādiem katoda materiāliem ir atšķirīga izstarojuma spēja, ko raksturo piesātinājuma strāva Piesātinājuma strāvas blīvumu var noteikt pēc Ričardsona-Dešmana formulas, kas saista strāvas blīvumu ar katoda materiāla parametriem:

Šeit:

Šo formulu izstrādāja zinātnieki, pamatojoties uz kvantu statistiku.