Curentul electric în vid
În sens tehnic, spațiul se numește vid, cantitatea de materie în care, în comparație cu un mediu gazos obișnuit, este nesemnificativă. Presiunea de vid este cu cel puțin două ordine de mărime mai mică decât presiunea atmosferică; în astfel de condiții, practic nu există transportatori de taxe gratuite în el.
Dar după cum știm soc electric se numește mișcarea ordonată a particulelor încărcate sub acțiunea unui câmp electric, în timp ce în vid, prin definiție, nu există un astfel de număr de particule încărcate care să fie suficient pentru a forma un curent stabil. Aceasta înseamnă că, pentru a crea un curent în vid, este necesar să adăugați cumva particule încărcate la acesta.
În 1879, Thomas Edison a descoperit fenomenul radiației termoionice, care astăzi este una dintre modalitățile dovedite de a obține electroni liberi în vid prin încălzirea unui catod metalic (electrod negativ) într-o astfel de stare încât electronii încep să zboare din el. Acest fenomen este utilizat în multe dispozitive electronice cu vid, în special în tuburile vidate.
Să punem doi electrozi metalici în vid și să-i conectăm la o sursă de tensiune DC, apoi să începem încălzirea electrodului negativ (catodul). În acest caz, energia cinetică a electronilor din interiorul catodului va crește. Dacă energia electronilor obținută suplimentar în acest fel se dovedește a fi suficientă pentru a depăși bariera de potențial (pentru a îndeplini funcția de lucru a metalului catodic), atunci astfel de electroni vor putea scăpa în spațiul dintre electrozi.
Deoarece există între electrozi câmp electric (creați de sursa de mai sus), electronii care intră în acest câmp ar trebui să înceapă să accelereze în direcția anodului (electrodul pozitiv), adică, teoretic, un curent electric va apărea în vid.
Dar acest lucru nu este întotdeauna posibil și numai dacă fasciculul de electroni este capabil să depășească groapa potențială de pe suprafața catodului, a cărei prezență se datorează apariției unei sarcini spațiale în apropierea catodului (norul de electroni).
Pentru unii electroni, tensiunea dintre electrozi va fi prea scăzută în comparație cu energia lor cinetică medie, aceasta nu va fi suficientă pentru a ieși din puț și ei se vor întoarce, iar pentru unii va fi suficient de mare pentru a calma electronii în - în continuare. și încep să fie accelerat de câmpul electric. Astfel, cu cât tensiunea aplicată electrozilor este mai mare, cu atât mai mulți electroni vor părăsi catodul și vor deveni purtători de curent în vid.
Deci, cu cât tensiunea dintre electrozii aflați în vid este mai mare, cu atât adâncimea puțului de potențial din apropierea catodului este mai mică.Ca urmare, se dovedește că densitatea de curent în vid în timpul radiației termoionice este legată de tensiunea anodului printr-o relație numită legea lui Langmuir (în onoarea fizicianului american Irving Langmuir) sau legea celei de-a treia:
Spre deosebire de legea lui Ohm, aici relația este neliniară. De asemenea, pe măsură ce diferența de potențial dintre electrozi crește, densitatea curentului de vid va crește până când apare saturația, o condiție în care toți electronii din norul de electroni de la catod ajung la anod. Creșterea în continuare a diferenței de potențial dintre electrozi nu va duce la o creștere a curentului. R
Materialele catodice diferite au emisivitate diferită, caracterizată prin curentul de saturație. Densitatea curentului de saturație poate fi determinată prin formula Richardson-Deshman, care raportează densitatea curentului la parametrii materialului catodic:
Aici:
Această formulă a fost derivată de oamenii de știință pe baza statisticilor cuantice.