Artellie.ru

Дизайн интерьеров
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Лекция 14

Ток в вакууме

Электрического тока в вакууме нет, т.к. в термодинамическом вакууме отсутствуют какие-либо частицы.

Однако наилучший достигнутый практически вакуум составляет

т.е. огромное количество частиц.

Тем не менее, когда говорят о токе в вакууме, подразумевают идеальный в термодинамическом смысле вакуум, т.е. полное отсутствие частиц. За протекание тока отвечают частицы, полученные из какого-либо источника.

2.Работа выхода

Как известно, в металлах существует электронный газ, который удерживается силой притяжения к кристаллической решетке. В нормальных условиях энергия электронов не велика, поэтому они удерживаются внутри кристалла.

Если подходить к электронному газу с классических позиций, т.е. считать, что он подчиняется распределению Максвелла-Больцмана, то очевидно, что существует большая доля частиц, скорости которых выше средних. Следовательно, эти частицы обладают достаточной энергией, чтобы вырваться за пределы кристалла и образовать вблизи него электронное облако.

Поверхность металла при этом заряжается положительно. Образуется двойной слой, который препятствует удалению электронов от поверхности. Следовательно, чтобы удалить электрон, необходимо сообщить ему дополнительную энергию.

Определение:Работой выхода электронов из металла называется энергия, которую необходимо сообщить электрону, чтобы удалить его с поверхности металла в бесконечность в состоянии с нулевой Ek.

Для разных металлов работа выхода различна.

МеталлРабота выхода, эВ
Pt5,3
W4,3
Na2,3
Cs1,81
Mo4,3

3.Электронная эмиссия

В обычных условиях энергия электронов достаточно мала и они связаны внутри проводника. Существуют способы сообщения электронам дополнительной энергии. Явление испускания электронов при внешнем воздействии называется электронной эмиссией, и было открыто Эдисоном в 1887 году. В зависимости от способа сообщения энергии различают 4 вида эмиссии:

1. Термоэлектронная эмиссия (ТЭЭ), способ – подвод тепла (нагрев).

2.Фотоэлектронная эмиссия (ФЭЭ), способ – освещение.

3. Вторичная электронная эмиссия (ВЭЭ), способ – бомбардировка частицами.

4. Автоэлектронная эмиссия (АЭЭ), способ – сильное электрическое поле.

4.Автоэлектронная эмиссия

Под действием сильного электрического поля электроны могут вырываться с поверхности металла.

Данной величины напряженности хватает, чтобы вырвать электрон.

Данное явление называется холодной эмиссией. Если поле достаточно сильное, то число электронов может стать большим, а, следовательно, большим ток. По закону Джоуля – Ленца будет выделяться большое количество теплоты и АЭЭ может перейти в ТЭЭ.

5.Фотоэлектронная эмиссия (ФЭЭ)

Явление фотоэффекта известно достаточно давно, смотри «Оптика».

6.Вторичная электронная эмиссия (ВЭЭ)

Это явление применяется в фотоэлектронных умножениях (ФЭУ).

При работе происходит лавинообразное нарастание числа электронов. Применяется для регистрации слабых световых сигналов.

7.Вакуумный диод

Для изучения ТЭЭ применяют устройство, которое называется вакуумный диод. Чаще всего конструктивно он представляет собой два коаксиальных цилиндра, помещенных в стеклянную вакуумную колбу.

Нагрев катода осуществляется электрическим током прямым или косвенным способом. При прямом – ток проходит через сам катод, при косвенном – внутри катода помещают дополнительный проводник – нить накала. Разогрев происходит до достаточно высоких температур, поэтому катод делают сложным. Основа – тугоплавкий материал (вольфрам), а покрытие – материал с малой работой выхода (цезий).

Диод относится к нелинейным элементам, т.е. он не подчиняется закону Ома. Говорят, что диод – это элемент с односторонней проводимостью. Большая часть ВАХ диода описывается законом Богуславского – Ленгмюра или законом «3/2»

При повышении температуры накала ВАХ сдвигается вверх и ток насыщения растет. Зависимость плотности тока насыщения от температуры описывается законом Ричардсона – Дешмана

Методами квантовой статистики можно получить эту формулу с const=B одинаковой для всех металлов. Эксперимент показывает, что константы различны.

ИндЗадания

Дайте определение и с помощью диаграммы энергетических зон поясните, что такое термодинамическая работа выхода электрона из металла.

При Т = 1500 К плотность тока эмиссии оказалась равной 0,8 А/см 2 . Эмиссионная постоянная для этого катода равна 15·10 4 А/м 2 К 2 . К какому типу катодов можно его отнести?

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание №2

Как с помощью диаграммы энергетических зон металла определить потенциал выхода электрона из данного вещества?

Читайте так же:
Ток лампы подсветки выключателя

Дайте определение и с помощью диаграммы энергетических зон поясните, что такое термодинамическая работа выхода электрона из собственного полупроводника.

При Т = 2500 К плотность тока эмиссии оказалась равной 0,5 А/см 2 . Эмиссионная постоянная для этого катода равна 60·10 4 А/м 2 К 2 . К какому типу катодов можно его отнести?

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание №3

Дайте определение и с помощью диаграммы энергетических зон поясните, что такое термодинамическая работа выхода электрона из примесного полупроводника.

Какие виды эмиссии электронов Вы знаете? Что такое термоэлектронная эмиссия?

При Т = 1000 К плотность тока эмиссии оказалась равной 0,15 А/см 2 . Эмиссионная постоянная для этого катода равна 0,01·10 4 А/м 2 К 2 . К какому типу катодов можно его отнести?

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание №4

При каком условии возникает существенная эмиссия электронов с поверхности металла?

В чем заключается явление термоэлектронной эмиссии?

В вакуумных диодах применяются вольфрамовые катоды, работа выхода из которых 4,5 эВ. Определить плотность тока насыщения такого катода, которую обеспечивает катод при температуре Т = 1000 К. Эмиссионную постоянную принять равной теоретическому значению 120·10 4 А/м 2 К 2

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание №5

Какое явление описывает формула Ричардсона-Дэшмана? Что можно подсчитать с ее помощью?

От чего зависит плотность тока термоэлектронной эмиссии?

Вычислить ток насыщения термоэлектронной эмиссии от нагретой до t = 2000 о С, вольфрамовой проволоки длиной 3 см, радиусом r = 1. Работа выхода равна Авых. = 4,5 эВ . Эмиссионную постоянную принять равной теоретическому значению 120·10 4 А/м 2 К 2 .

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание №6

С помощью блок-схемы лабораторной установки поясните, какую функцию выполняет реостат .

От чего зависит ток эмиссии электронов с поверхности катода?

При исследовании вакуумного диода было получено значение тока насыщения 10 мА. Длина вольфрамовой нити катода 3 см, ее диаметр 0,2 мм, работа выхода для вольфрама 4,5 эВ. Рабочая температура 2500 К. Каково значение удельной эмиссии и эмиссионная постоянная для этого типа катода?

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание №7

Дайте определение термодинамической работе выхода электрона из металла. Каким образом можно уменьшить работу выхода электрона из катода радиолампы?

Изобразите графически и поясните анодную вольт-амперную характеристику вакуумного диода.

В вакуумных диодах применяются вольфрамовые катоды, работа выхода из которых 4,5 эВ. Определить плотность тока насыщения, которую обеспечивает такой катод при температуре Т = 1000 К. Эмиссионную постоянную принять равной теоретическому значению 120·10 4 А/м 2 К 2 .

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание №8

В чем заключается сущность явления насыщения тока вакуумного диода?

Поясните, как с помощью диаграммы энергетических зон определить термодинамическую работу выхода электрона из металла.

Вычислить ток термоэлектронной эмиссии от вольфрамовой проволоки длиной 3 см, радиусом r = 1 мм, нагретой до t = 2000 о С, положив работу выхода равной Авых. = 4,5 эВ. Эмиссионную постоянную принять равной теоретическому значению 120·10 4 А/м 2 К 2 .

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание №9

От чего зависит ток насыщения вакуумного диода?

Какое явление описывает формула Ричардсона-Дэшмана? Что можно подсчитать с ее помощью?

Во сколько раз изменится плотность тока термоэлектронной эмиссии из вольфрама, находящегося при температуре Т1 = 2400 К, если повысить температуру вольфрама на 100 К?

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание №10

Вакуумный диод, работающий в режиме насыщения, не обеспечивает необходимую силу анодного тока. Как можно устранить этот недостаток?

При каком условии возникает существенная эмиссия электронов с поверхности металла?

При Т = 1000 К плотность тока термоэлектронной эмиссии оказалась равной 0,15 А/см 2 . Эмиссионная постоянная для данного катода равна 0,01·10 4 А/м 2 К 2 . К какому типу катодов можно его отнести?

Читайте так же:
Определите мощность тока потребляемую второй лампой рис 126 если

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание №11

Вычислить силу тока термоэлектронной эмиссии от вольфрамовой проволоки длиной 2 см, радиусом r = 0,1 мм, нагретой до температуры 2500 градусов Цельсия. Эмиссионную постоянную принять равной 60 А/см 2 , работу выхода положить равной Авых. = 4,5 эВ.

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание №12

При исследовании вакуумного диода было получено значение тока насыщения 10 мА. Длина вольфрамовой нити катода 3 см, ее диаметр 0,2 мм, работа выхода для вольфрама 4,5 эВ. Рабочая температура катода 2500 К. Каково значение удельной эмиссии и эмиссионная постоянная для этого катода?

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание №13

При исследовании вакуумного диода было получено значение тока насыщения Iнас = 8 мА. Длина вольфрамовой нити катода 2 см, ее диаметр 0,1 мм, работа выхода для вольфрама 4,5 эВ. Положив эмиссионную постоянную равной 60 А/см 2 К 2 , оценить рабочую температуру катода.

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание №14

Во сколько раз изменится плотность тока термоэлектронной эмиссии из вольфрама, находящегося при температуре Т1 = 2400 К, если повысить температуру вольфрама на 100 К?

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание №15

Во сколько раз катод из торированного вольфрама (Авых = 2,6 эВ) дает большую удельную эмиссию при температуре Т = 1800 К, чем катод из металлического вольфрама при той же температуре? Работа выхода из вольфрама Авых = 4,54 эВ. Эмиссионные постоянные для обоих катодов положить равными табличному значению.

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание № 16

При повышении температуры вольфрама от Т1 = 2·10 3 К до некоторой температуры Т2 ток термоэлектронной эмиссии увеличился в 290 раз. Чему равна температура Т2?

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание №17

Работа выхода электрона из материала катода равна Авых = 2,5 эВ. На сколько процентов увеличивается ток термоэлектронной эмиссии при повышении температуры катода от Т1 = 1900 К до Т2 = 2000 К?

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание №18

Какова работа выхода Авых электрона из металла, если повышение его температуры от Т = 2·10 3 К на Т = 0,01 К увеличивает ток термоэлектронной эмиссии на 0,01%?

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание №19

Какова работа выхода Авых электрона из металла, если повышение его температуры от Т = 2·10 3 К на Т = 1 К увеличивает ток термоэлектронной эмиссии на 1%?

Контроль знаний по теме:

«Физические основы работы электровакуумных приборов»

Индивидуальное задание № 20

Повышение температуры катода в электронной лампе от Т = 2000 К на один градус увеличивает ток насыщения на 1,4 %. Найти работу выхода электрона из данного эмиттера.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Т. Вакуумный диод

Электронная лампа — диод. Вольт-амперная характеристика диода

Односторонняя проводимость используется в электронных приборах с двумя электродами — вакуумных диодах.

Современный вакуумный диод представляет собой баллон из стекла или металлокерамики, из которого откачан воздух до давления 10 -6 — 10 -7 мм рт. ст. Внутри него размещены два электрода (рис. 1). Один из них — катод — имеет вид вертикального металлического цилиндра, покрываемого обычно слоем оксида щелочно-земельных металлов — бария, стронция, кальция. Такой катод называют оксидным. При нагревании поверхность оксидного катода испускает гораздо больше электронов, чем поверхность катода из чистого металла. Внутри катода расположен изолированный проводник, нагреваемый постоянным или переменным током. Нагретый катод испускает электроны, достигающие анода. Анод лампы представляет собой круглый или овальный цилиндр, имеющий общую ось с катодом. Схематическое изображение диода показано на рисунке 2 (изображен диод с катодом прямого накала).

Читайте так же:
Определить ток при работе лампы накаливания

Важнейшей характеристикой диода является его вольт-амперная характеристика — зависимость силы тока от напряжения между электродами Ia = f(Ua) при постоянном напряжении накала Un = const. Для получения вольт-амперной характеристики анода можно воспользоваться электрической цепью, приведенной на рисунке 3, где применяется диод с катодом косвенного накала.

Вольт-амперная характеристика диода с металлическим катодом (рис. 4) является нелинейной в отличие от вольт-амперной характеристики металлического проводника. При напряжении между катодом и анодом, равном нулю, вылетевшие из катода электроны образуют вокруг него электронное облако (пространственный отрицательный заряд), отталкивающее вылетающие из катода электроны. Большинство электронов возвращается на катод, и лишь незначительное их число достигает анода. С увеличением Ua число электронов, достигающих анода, увеличивается и электронное облако постепенно уменьшается. Когда же все термоэлектроны, вылетающие из катода, попадают на анод, сила анодного тока достигает насыщения Iнас (на графике рисунка 4 — горизонтальный участок). В области 1 графика, т.е. при увеличении анодного напряжения от 0 до Uнас ток через диод возрастает, но не пропорционально напряжению, а по закону (

I_a = k cdot U_a^). Это выражение называют формулой Богуславского—Ленгмюра или законом «трех вторых». В области 2 данного графика, т.е. при UUнас, ток через диод не зависит от напряжения. Такой ток называют током насыщения. Сила тока насыщения определяется формулой Iнас = en, где n — число электронов, вылетающих в единицу времени с поверхности катода; е — заряд электрона. При постоянной температуре катода сила тока в межэлектродном промежутке зависит от анодного напряжения.

Для увеличения тока насыщения нужно повысить температуру катода, увеличив силу тока накала.

Диод пропускает ток только в одном направлении. Это его свойство используется для выпрямления переменного тока. Диод, действующий в качестве выпрямителя, называют кенотроном. На рисунке 5, а показаны схемы однополупериодного, а на рисунке 5, б — двухполупериодного выпрямления переменного тока.

На рисунке 6, а, б показаны соответствующие графики зависимости силы выпрямленного тока, проходящего через сопротивление R, от времени.

В отличие от диода трехэлектродная электронная лампа — триод — содержит, кроме катода и анода, еще и третий электрод — управляющую сетку. Обычно сетка представляет собой спиральную проволочку, окружающую прямолинейный катод, а ось цилиндрического анода совпадает с осью катода и сетки (рис. 7, а); условное изображение триода приведено на рис. 7, б.

Схема включения триода в цепь для усиления анодного тока приведена на рис. 8. Здесь А — анод лампы; К — ее катод; С — сетка; Ба — анодная батарея; Бс — сеточная батарея, создающая напряжение между сеткой и катодом; R — потребитель тока.

Сетка расположена ближе к катоду, чем анод, и на пути катод — сетка на электроны действует суммарное поле, создаваемое между анодом и катодом (φAφK) и между сеткой и катодом (φCφK). Во время работы лампы лишь часть электронов попадает на сетку и движется к катоду по внешней цепи, образуя сеточный ток Ic.

Если потенциал сетки выше потенциала катода, то движение электронов от катода к аноду ускоряется, сила анодного тока растет. Если же потенциал сетки меньше потенциала катода, то движение электронов к аноду замедляется, и сила анодного тока уменьшается. При достаточно большом по абсолютному значению отрицательном потенциале сетки анодный ток полностью прекращается — в этом случае говорят, что «лампа заперта».

Для управления током внутрь электронной лампы вводят дополнительные сетки. Лампу с двумя сетками называют тетродом, т.е. четырехэлектродной, с тремя — пентодом (пятиэлектродной).

Появление электронных ламп и разнообразных устройств, основанных на их применении, сыграло огромную роль в развитии радио.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 295-298.

Читайте так же:
Схема подключения лампочки через выключатель без распределительной коробки

Термоэлектронная эмиссия

Термоэлектро́нная эми́ссия (эффе́кт Ричардсо́на, эффект Эдисо́на) — это излучение электронов из твёрдого тела, металла и полупроводников в свободное пространство (обычно в вакуум или разрежённый газ) при нагреве его до высокой температуры. Эмиссия наблюдается начиная с 900 К.

Содержание

История открытия [ править | править код ]

Впервые об этом явлении сообщил Эдмонд Беккерель в 1853 году [1] [2] .

Явление было переоткрыто в 1873 году Фредериком Гатри [en] в Великобритании [3] : во время работы с заряженными телами Гатри обнаружил, что раскалённый железный шар теряет свой заряд, если он заряжен отрицательно, но положительно заряженный шар заряда не теряет [4] .

Эффект был вновь открыт Томасом Эдисоном 13 февраля 1880 года. В своих опытах Эдисон пытался выяснить, почему в лампе накаливания, которую он создал, нити накала перегорали раньше времени и почему на внутренней стороны колбы образовывался тёмный налёт вблизи положительного электрода нити. Эдисон производил опыты с несколькими экспериментальными вакуумированными лампами накаливания с дополнительной металлической пластиной или листочком фольги внутри колбы, которая сама электрически изолирована от нити накаливания и имеет дополнительный электрический вывод сквозь стекло колбы. В этих опытах Эдисон обнаружил, что если эта пластина имела положительный потенциал относительно нити накала, то через вакуум протекал заметный ток, а если потенциал пластины был отрицательный относительно нити накала, то ток отсутствовал, причём ток наблюдался только в том случае, если нить накала была достаточно сильно разогрета.

В дальнейшем это явление стало объясняться испусканием электронов, которые являются отрицательно заряженными частицами, нагретыми телами. Однако в описываемое время электрон ещё не был открыт: его открыл Джозеф Томсон лишь в 1897 году.

Эдисон также обнаружил, что ток от нагретой нити быстро увеличивался с ростом напряжения накала, и подал заявку на патент 15 ноября 1883 года на устройство для регулирования напряжения с использованием эффекта (патент США 307 031). Данный патент США на электронное устройство считается первым [8] .

Несколько экземпляров ламп накаливания с демонстрацией эффекта Эдисон представил на Международной электрической выставке в Филадельфии в сентябре 1884 года. Британский учёный Уильям Прис, посетивший выставку, забрал с собой несколько таких ламп для изучения явления. После их изучения он подготовил в 1885 году доклад, в котором назвал термоэлектронную эмиссию «эффектом Эдисона» [9] [10] .

Затем британский физик Джон Амброз Флеминг, работавший в британской компании «Wireless Telegraphy», обнаружил, что эффект Эдисона может использоваться для детектирования радиоволн. Флеминг продолжил разработку двухэлектродной вакуумной лампы, теперь известной как электровакуумный диод, на которую получил патент 16 ноября 1904 года [11] .

Физика явления [ править | править код ]

Для выхода электрона из металла во внешнее пространство ему необходимо придать некоторую энергию, называемую работой выхода электрона, — преодолеть потенциальный барьер.

Концентрация свободных электронов в металлах достаточно высока, поэтому даже при средних температурах из-за распределения электронов по скоростям (по энергии) некоторые из них обладают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера на границе металла. При комнатной температуре доля таких электронов очень мала и ток термоэлектронной эмиссии не наблюдается. С повышением температуры кинетическая энергия теплового движения быстро растёт — и термоэлектронная эмиссия становится заметной.

Исследование закономерностей термоэлектронной эмиссии можно наблюдать с помощью простейшей двухэлектродной лампы — вакуумного диода, представляющего собой баллон, из которого откачан газ, с размещёнными внутри него двумя электродами: катодом и анодом. В простейшем случае катодом может служить проволока из тугоплавкого металла (например, вольфрама), накаливаемая электрическим током. Анод чаще всего выполняют в виде полого металлического цилиндра, окружающего катод. Если между анодом и катодом приложить напряжение, то при горячем катоде и при подаче на анод напряжения, положительного относительно катода, ток начинает протекать через промежуток между анодом и катодом. Если на анод подавать отрицательное относительно катода напряжение, то ток прекращается, как бы сильно катод ни нагревали. Из этого опыта следует, что нагретый катод испускает отрицательные частицы — электроны.

Читайте так же:
Светодиодная лампа 110 вольт постоянного тока

Если поддерживать температуру накалённого катода постоянной и построить зависимость анодного тока от анодного напряжения — вольт-амперную характеристику вакуумного диода, то оказывается, что она нелинейна, то есть для вакуумного диода закон Ома не выполняется.

Зависимость термоэлектронного тока от анодного напряжения в области малых положительных значений описывается законом степени трёх вторых (установлен русским физиком С. А. Богуславским и американским физиком И. Ленгмюром):

I = B U 3 / 2 > , где B  — коэффициент ( первеанс [en] ), зависящий от формы и размеров электродов, а также их взаимного расположения.

При увеличении анодного напряжения сила тока возрастает до некоторого максимального значения, при котором ток называется током насыщения, и далее не увеличивается при последующем повышении напряжения на аноде. При этом практически все электроны, покидающие катод, поглощаются анодом, поэтому дальнейшее увеличение напряжённости поля между анодом и катодом не может привести к увеличению тока. Следовательно, плотность тока насыщения характеризует эмиссионную способность материала катода.

Термоэлектронный диод также может использоваться для преобразования разности температур в электроэнергию напрямую, без движущихся частей — таковым служит термоэлектронный преобразователь, разновидность теплового двигателя.

Формула Ричардсона для плотности тока насыщения [ править | править код ]

Формула, которую на основе классической электронной теории металлов первоначально вывел Ричардс и в которую американский учёный С. Дэшман затем внёс уточнения, пользуясь квантовой теорией, называется уравнением Ричардсона — Дешмана.

Плотность тока насыщения определяется формулой Ричардсона — Дешмана, выведенной теоретически на основе квантовой статистики [12] :

  • ⟨ R ⟩  — коэффициент отталкивания электронов от потенциального барьера, а точнее, значение, усреднённое по спектру термоэлектронов;
  • A  — термоэлектрическая постоянная, равная 120 , 4   A K 2 ⁡ cm 2 , 4 ^<2>operatorname ^<2>>>,> а в модели свободных электронов А. Зоммерфельда — A 0 = 4 π m k 2 e h 3 = 1 , 20173 × 10 6 A ⋅ m − 2 K − 2 ; =<4pi mk^<2>e over h^<3>>=1,20173times 10^<6>,mathrm K^<-2>> ;>
  • φ  — работа выхода электронов из катода;
  • k  — постоянная Больцмана;
  • e и m  — заряд и масса электрона;
  • h  — постоянная Планка;
  • T  — абсолютная температура.

Для практического применения эту формулу также записывают в виде [13] :

Уменьшение работы выхода приводит к быстрому увеличению плотности тока насыщения. Обычно используют катоды, которые выдерживают большие температуры и обладают высокой эмиссионной способностью: как правило, из вольфрама, торированного вольфрама и из гексаборида лантана ( LaB 6 >> ). Также используют оксидные катоды (например, вольфрам, покрытый тонким слоем оксидов щёлочноземельных металлов) с пониженной рабочей температурой по сравнению с вышеперечисленными.

Эффект Шоттки при термоэлектронной эмиссии [ править | править код ]

  • q  — элементарный заряд;
  • E  — напряжённость электрического поля;
  • ε 0 >  — диэлектрическая постоянная вакуума.

Эта формула хорошо согласуется с практическими измерениями при напряжённости электрического поля примерно до 10 8 В/м . Для напряжённости электрического поля выше 10 8 В/м существенным становится туннелирование электронов через потенциальный барьер, так называемое туннелирование Фаулера — Нордхайма, и при этом туннельный ток начинает вносить значительный вклад в общий ток эмиссии. В этом режиме эффекты термоэлектронной и туннельной эмиссии, которая усиливается за счёт поля, могут быть описаны уравнением Мерфи — Гуда [16] . В ещё более сильных полях туннелирование Фаулера — Нордхайма становится доминирующим механизмом электронной эмиссии — и катод работает в так называемом режиме «холодной электронной эмиссии» или «автоэлектронной эмиссии».

Термоэлектронная эмиссия также может усиливаться от других форм возбуждения поверхности катода — например, при облучении светом [17] . Так, возбуждённые атомы цезия в парах в термоэмиссионных преобразователях образуют активные центры Cs — Ридберга [en] , которые приводят к уменьшению работы выхода с 1,5 эВ до 1,0—0,7 эВ . Эти центры имеют большое время жизни, и работа выхода остаётся низкой, что существенно повышает эффективность термоэмиссионного преобразователя [18] .

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector