лекция 9. Xiii. Постоянный электрический ток. 92. Электрический ток. Сила тока. Плотность тока

• Название: Xiii. Постоянный электрический ток. 92. Электрический ток. Сила тока. Плотность тока
• Дата: 20.11.2022
• Размер: 5.37 Mb.
• Имя файла: лекция 9.docx
• Тип: Глава; #800831
• страница: 6 из 6

§107. Электрический ток в вакууме.

Вакуумом называют такое состояние газа в трубке при котором молекулы газа пролетают от одной стенки до другой, ни разу не испытав соударений друг с другом.

Разреженный газ не проводит ток. В большинстве современных электронных вакуумных приборов источником заряженных частиц является нагретый катод. Явление термоэлектронной эмиссии приводит к тому, что нагретый металлический электрод, в отличие от холодного, непрерывно испускает электроны, которые образуют вокруг него «электронное облако». Электрод при этом заряжается положительно, и под влиянием электрического поля электроны из облака частично возвращаются на электрод. В равновесном состоянии число электронов, покинувших электрод в секунду, равно числу электронов, возвратившихся на электрод за это время. Чем выше температура металла, тем выше плотность электронного облака.

Различие между горячим и холодным электродами приводит к односторонней проводимости электрического тока между ними. При подключении электродов к источнику тока между ними возникает электрическое поле. Если положительный полюс источника соединен с холодным электродом (анодом), а отрицательный - с нагретым (катодом), то напряженность электрического поля направлена к нагретому электроду. Под действием этого поля электроны частично покидают электронное облако и движутся к холодному электроду. Электрическая цепь замыкается, и в ней устанавливается электрический ток.

При противоположном включении источника напряженность поля направлена от катода к аноду. Электрическое поле отталкивает электроны облака назад к катоду. Цепь оказывается разомкнутой.

Двухэлектродная электронная лампа-диод.

Односторонняя проводимость используется в электронных приборах с двумя электродами - вакуумных диодах. (рис.14.22)

Рис. 13.22а 13.22б

Устройство вакуумного диода: Внутри баллона из стекла или метал-локерамики, из которого откачан воздух до давления 10-6-10-9 мм рт. ст., разме-щены два электрода. Один из них – катод (1) имеет вид вертикального металлического цилиндра, покрываемого обычно слоем оксидов

щелочноземельных металлов - бария, стронция, кальция. Такой катод называют оксидным. При нагревании поверхность оксидного катода выделяет гораздо больше электронов, чем поверхность катода из чистого металла.

Внутри катода, при косвенном накаливании, (рис.14.22б) расположен изолированный проводник (3), нагреваемый переменным током. Нагретый катод испускает электроны, достигающие анода, если он имеет более высокий потенциал, чем катод.

Анод лампы (2) представляет собой круглый или овальный цилиндр, имеющий общую ось с катодом.

Вольт-амперная характеристика диода. Существенные свойства любого электронного устройства отражает его вольт-амперная характеристика, т. е. зависимость силы тока от разности потенциалов на клеммах этого устройства (рис.14.24).

Рис.14.23

Рис.14.24

Получить вольт-амперную характеристику диода можно с помощью цепи, схема которой изображена на рис.14.23.

В отличие от характеристики металлического проводника эта характеристика нелинейная. Основная причина нелинейности характеристики вакуумного диода в том, что свободные электроны, образующие ток в пространстве диода создают электронное облако над катодом. На движение электронов, наряду с полем, созданным зарядами на электродах, существенное влияние оказывает поле пространственного заряда электронного облака у катода. Чем выше напряжение между анодом и катодом, тем меньше пространственный заряд электронного облачка, тем большее количество электронов достигает анода, следовательно, тем больше и сила тока в лампе. При достаточно большом напряжении все электроны, покинувшие катод, достигают анода, и при дальнейшем увеличении напряжения сила тока не меняется, наступает насыщение (пунктирная линия на рис.14.25 , .).

Рис.14.25

Если повысить температуру катода (Т2), то катод будет покидать большее число электронов. Электронное облако вокруг катода станет более плотным. Ток насыщения наступит при большем напряжении между анодом и катодом, и сила тока насыщения возрастет (вторая пунктирная линия на рис. 14.25 .)

Диоды применяются для выпрямления переменного электрического тока.
Трехэлектродная лампа (триод). (рис.14.26)

Рис.14.26

Имеет третий электрод в виде сетки. Изменяя разность потенциалов между катодом и сеткой можно управлять током в анодной цепи лампы. Электронные лампы более сложного типа имеют большее число электродов (тетроды, пентоды и т.д.) Важнейшим применением электронных ламп является применение их в усилителях слабых токов и напряжений.

Электронные пучки.Вылетающие из катода электроны можно сфокусировать, то есть собрать в электронные пучки.

Количеством электронов в пучке можно управлять, поместив между катодом и анодом дополнительный электрод и изменяя его потенциал.

Электронный пучок, попадая на тела, вызывает их нагревание. В современной технике это свойство используют для электронной плавки сверхчистых металлов в вакууме.

При торможении быстрых электронов, попадающих на вещество, возникает рентгеновское излучение. Это свойство используют в рентгеновских трубках.

Некоторые вещества (стекло, сульфиды цинка и кадмия), бомбардируемые электронами, светятся. Их называют люминофорами.

Электронные пучки отклоняются электрическим полем. Электронный пучок отклоняется также в магнитном поле.

Электроннолучевая трубка. Возможность управления электронным пучком с помощью электрического или магнитного поля и свечение покрытого люминофором экрана под действием пучка применяют в электроннолучевой трубке. (рис.14.27) Электроннолучевая трубка - основной элемент телевизора (кинескоп), и осциллографа. Трубка представляет собой вакуумный баллон, одна из стенок которого служит экраном. В узком конце трубки помещен источник быстрых электронов - электронная пушка.

Рис.14.27

Она состоит из катода, управляющего электрода и анода. Сильное электрическое поле ускоряет электроны, и они приобретают большую скорость. Форма, расположение и потенциалы анодов выбраны так, чтобы наряду с ускорением электронов происходила и фокусировка электронного пучка, на экране почти до точки. На пути к экрану пучок последовательно проходит между двумя парами управляющих пластин (AA’ и BB’). Если электрического поля между пластинами нет, то пучок не отклоняется и светящаяся точка располагается в центре экрана. При сообщении разности потенциалов вертикально расположенным пластинам (AA’) пучок смещается в горизонтальном направлении, а при сообщении разности потенциалов горизонтальным пластинам (BB’) он смещается в вертикальном направлений. Накладывая на пластины соответствующее напряжение, заставляют луч с большой скоростью заштриховывать весь экран рядом параллельных линий (строчек). Если бы при этом яркость светящейся точки, определяемая кинетической энергией электронов, оставалась всё время постоянной, то мы увидели бы весь экран равномерно светящимся. Но приходящие к приёмнику телевизора сигналы, посылаемые передающей телевизионной станцией, то увеличивают, то уменьшают ускоряющее электроны напряжение на управляющем электроде в соответствии с яркостью той или иной точки передаваемого изображения. Поэтому и светящиеся точки на экране получаются то более, то менее яркими, и их совокупность, воспринимаемая нашим глазом, воспроизводит передаваемое изображение.