Электрический ток в вакууме

Электрический ток в вакууме

Презентацию подготовил

Учитель физики

Усманов Шамиль Нуруллович

Вакуум – это такая степень разряжения газа, при которой можно пренебречь соударениями между его молекулами.

Разреженный газ - изолятор

Высокий вакуум соответствует такому разряжению,

при котором средняя длина свободного пробега молекул больше размеров сосуда.

Для существования тока необходимо наличие свободных зарядов

В вакууме отсутствуют свободные заряды.

Гальванометр фиксирует отсутствие тока в сосуде с вакуумом.

+

А

‒

К

Электронная эмиссия

Возникает в случаях, когда часть электронов металла (электрода) приобретает в результате внешних воздействий энергию, достаточную для преодоления их связи с металлом (для совершения работы выхода A вых )

A вых выражается в электрон-вольтах

Металл

Цезий

Работа выхода, эВ

Серебро

1,8

4

Никель

4,9

Виды электронной эмиссии

• Ионно-электронная эмиссия (при бомбардировке катода положительными ионами)
• Термоэлектронная эмиссия (при нагревании металла)
• Фотоэлектронная эмиссия (под действием электромагнитного излучения)
• Вторичная электронная эмиссия (при бомбардировке поверхности металла быстрыми электронами).

В качестве катода в вакуумный баллон впаяна вольфрамовая нить, которая нагревается за счет батареи накала G2.

После замыкания ключей в цепи появился ток

Почему тока нет?

Электрический ток в вакууме представляет собой направленный поток электронов.

Чем отличается движение электронов в вакууме от движения электронов в металле?

В вакууме электроны движутся между электродами, ни с чем не сталкиваясь. Поэтому электроны под действием электрического поля ускоряются. Скорость электронов у анода в миллиарды раз превышает среднюю скорость направленного движения электронов в металле.

Двухэлектродная лампа - диод

Электронными лампами называются устройства, основанные на применении термоэлектронной эмиссии.

А

К

Косвенный накал

Прямой накал

ВАХ диода

I, мА

100

U, В

0

20

ВАХ – нелинейная . Электронная лампа – проводник, не подчиняющийся закону Ома.

Применение вакуумных диодов:

для выпрямления тока

Односторонняя проводимость диода : электроны движутся от раскаленного катода к аноду. Обратное направление невозможно.

Электронные пучки образуются в электронно-вакуумных приборах, использующих явление термоэлектронной эмиссии.

Электронный пучок — это поток быстрых электронов, длина которого гораздо больше его толщины.

Электронная пушка — это устройство для получения электронных пучков с заданной кинетической энергией и заданной конфигурацией.

Свойства электронных пучков

Электронные пучки вызывают нагревание при попадании на вещество.

Используется для электронной плавки сверхчистых металлов

Свойства электронных пучков

Электронные пучки вызывают рентгеновское излучение при попадании на вещество.

Вильгельм Рентген

1845 — 1923

Рентгеновский снимок кисти человека

Свойства электронных пучков

Электронные пучки вызывают свечение при попадании на некоторые вещества.

Люминофоры — вещества, начинающие светиться при попадании на них электронных пучков.

Свойства электронных пучков

Электронные пучки отклоняются под действием электрических и магнитных полей.

Свойства электронных пучков

Создание рентгеновского излучения

Нагревание вещества при попадании

Отклонение под действием электрических и магнитных полей

Свечение вещества при попадании

Электронно-лучевая трубка

1 – нить накала 2 – катод 3 – управляющий электрод

4, 5 – аноды 6, 7 – управляющий пластины

8 – электронный пучок 9 - экран

ЭЛТ - монитор

Осциллограф

Задача 1

Максимальный анодный ток в ламповом диоде I=50 мА. Сколько электронов вылетает из катода ежесекундно?

Ответ: 3,1·10 17

Задача 2

В телевизионном кинескопе ускоряющее анодное напряжение U=16 кВ, а расстояние от анода до экрана l=30 см. За какое время электроны проходят это расстояние?

Ответ: 8 нс

Задача 3

В диоде электроны ускоряются до энергии W=100 эВ. Какова их скорость у анода лампы?

Ответ: 5,9·10 6 м/с

Задача 4

В электронно-лучевой трубке поток электронов с кинетической энергией 8 кэВ каждый, движется между отклоняющими пластинами плоского конденсатора длиной x = 4 см. Расстояние между пластинами d = 2 см. Какое напряжение надо подать на пластины конденсатора, чтобы смещение электронного пучка на выходе из конденсатора было y=0,8 см?

Ответ: 3200 В

Задача 5

К источнику высокого напряжения через сопротивление R=1000 Ом подключен конденсатор C=10 -11 Ф с расстоянием между пластинами d=3 мм. Воздух в пространстве между пластинами конденсатора ионизуется рентгеновскими лучами так, что в 1 см 3 образуется n=10 4 пар ионов в секунду. Заряд каждого иона равен заряду электрона. Найти падение напряжения на сопротивлении R, считая, что все ионы достигают пластин конденсатора, не успевая рекомбинировать.

Ответ: 1,6·10 -11 В