Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Фарадея):
Электрический ток в вакууме. Вакуумом называется такое разреженное
состояние газа, при котором средняя длина свободного пробега молекул
превышает размеры сосуда, в котором находится газ. Процессы ионизации
молекул газа в состоянии вакуума не могут обеспечить такого числа
электронов и положительных ионов, которое необходимо для
электропроводности межэлектродного промежутка. Поэтому электрический ток
в вакууме возможен лишь при наличии заряженных частиц, возникших в
результате их эмиссии с электродов.
Термоэлектронная эмиссия. Термоэлектронной эмиссией называется испускание
электронов с поверхности тел, нагретых до высокой температуры. У многих
твердых тел термоэлектронная эмиссия начинается при температурах, при
которых испарение самого вещества еще не происходит. Такие вещества и
используют для изготовления нагреваемых электродов. Вокруг нагретого
электрода, помещенного в вакуум, образуется электронное "облако".
Электрод при этом заряжается положительно, и под действием возникающего
электрического поля электроны из облака частично возвращаются
(3.2.17)
(3.2.18)
Определения, понятия и законы
167
на электрод. В равновесном состоянии число электронов, покинувших
электрод в единицу времени, в среднем равно числу электронов,
возвратившихся на электрод за это же время. Чем выше температура
электрода, тем выше плотность электронного облака. Для получения
достаточно интенсивной эмиссии электроды нагревают до температуры,
соответствующей видимому свечению раскаленного металла.
Электронная лампа - диод. Термоэлектронная эмиссия используется в
различных электронных приборах. Простейший из них -вакуумный диод. Этот
прибор состоит из стеклянного или керамического баллона, в который
вмонтированы два электрода: катод и анод (рис. 3.2.5). Воздух внутри
баллона обычно откачивается до давления 10'6 - 10'7 мм. рт. ст. Анод
представляет собой металлическую пластину, внутри катода помещена
изолированная от него тонкая металлическая проволока, свернутая в спираль
(нить накала). Концы спирали имеют выводы для подключения в электрическую
цепь. Ток в цепи накала вызывает нагрев катода до достаточно высокой
температуры.
Катод обычно покрывают слоем оксидов щелочноземельных металлов (бария,
стронция, кальция). Это связано с тем, что при нагревании поверхность
оксидного катода выделяет гораздо больше электронов, чем поверхность
чистого металла.
Основное свойство вакуумного диода - это односторонняя проводимость. При
подключении источника тока положительным полюсом к аноду и отрицательным
полюсом к катоду электроны, испускаемые нагретым катодом, движутся под
действием электрического поля к аноду - в цепи течет электрический ток.
При подключении к диоду источника с обратной полярностью электрическое
поле препятству-
Анод
Рис. 3.2.5
Рис. 3.2.6
168
Постоянный ток
ет движению электронов от катода к аноду и ток в цепи не течет. Свойство
односторонней проводимости диода используется для преобразования
переменного тока в постоянный (выпрямления переменного тока), а также для
других целей.
Электронно-лучевая трубка. Основным элементом телевизора, дисплея и
осциллографа является электронно-лучевая трубка. Устройство электронно-
лучевой трубки показано на рис. 3.2.6. В аноде 2 сделано отверстие, через
которое часть электронов, испущенных подогревным катодом 1, пролетает в
пространство за анодом и образует электронный пучок 5. Форма,
расположение и потенциал анода выбираются так, чтобы наряду с ускорением
электронов осуществлялась также фокусировка пучка. Внутренняя поверхность
стеклянного баллона электронно-лучевой трубки напротив анода покрыта
люминофором - веществом, способным светиться при бомбардировке
электронами. Эту часть трубки называют экраном (6). На пути к экрану
пучок последовательно проходит между двумя парами управляющих пластин
4,5. Если электрического поля между пластинами нет, то пучок не
отклоняется и светящаяся точка располагается в центре экрана. При подаче
на управляющие пластины разности потенциалов пучок отклоняется, и
светящаяся точка на экране смещается в требуемом направлении. Так как
масса электронов очень мала, у электронного пучка практически отсутствует
инерция и он почти мгновенно реагирует на изменение управляющих разностей
потенциалов. Изменение яркости свечения пятна достигается путем
управления интенсивностью электронного пучка с помощью специального
электрода, расположенного между катодом и анодом. Подобное устройство
электронно-лучевой трубки открывает возможности использования ее для
получения на экране быстро сменяющихся изображений.
Полупроводники. Полупроводниками называются вещества, удельное
электрическое сопротивление которых может изменяться в широких пределах и
быстро убывает с повышением температуры. Типичными, широко применяемыми
полупроводниками являются германий Ge, кремний Si, теллур Те. Эти
химические элементы принадлежат к IV и VI группам периодической системы
