1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Фізика
  3. Електричний струм у вакуумі: визначення

Електричний струм у вакуумі: визначення

Припустимо у нас є лампа, з якої ретельно відкачано повітря. В даному випадку фізики зазвичай говорять, що в лампі утворений вакуум. У таку скляну лампу додатково впаяні 2 металевих струмопровідних електрода. Одним з таких електродів служить спеціальна спіраль, зроблена з тонкої зволікання, іншим електродом служить металевий плоский диск.

Електроди через проведення з’єднують диск з плюсом, а спіраль всередині колби – з мінусом джерела електричного живлення. Таким чином, в нашій скляній лампі з вакуумом створено електричне поле. Дане поле утворено позитивним електричним зарядом, який знаходиться на плоскому диску (анодом лампи), і негативним електричним зарядом на внутрішній спіралі (катод лампи).

Наявний амперметр поки не показує електричного струму у вакуумі. Оскільки в існуючому просторі між анодом і катодом скляній лампи немає ніякого речовини, немає іонів і електронів (електричних заряджених частинок). Анод і катод скляній лампи повністю розділені вакуумом, що знаходяться всередині, а вакуум, як відомо, це найкращий електричний ізолятор.

Але варто нам розігріти внутрішній катод лампи, як амперметр почне фіксувати певну величину сили струму. В електричному ланцюзі потече струм – з’являється електричний струм у вакуумі. Для того щоб зрозуміти, як це працює, перш відповімо на одне питання. Чому вільні електрони, що знаходяться в металі не виходять з нього (при нормальній температурі)? Тому що їх тримають іони.

Так тих пір поки електрони рухаються всередині самого металу, вони оточені з усіх боків іонами цього металу. Електричні поля іонів врівноважені (практично), і електрони рухаються вільно. Але як тільки електрони наближаються до поверхні металу, за межами якої вже немає іонів, відбувається наступне. З одного боку поверхні металу вже немає іонів, ну, а з іншого є (внутрішня сторона металу). Сили тяжіння іонів тягнуть електрони назад всередину металу. Відбувається уповільнення руху електронів, вони зупиняється і знову повертається в «простори» металу.

Слід зауважити, що чим більше буде швидкість у електрона, тим складніше іонів металу зупинити його у поверхні. Чим «спритніше» електрон, тим далі він вилітає з наявного металу, перш ніж він зможе зупинитися. Найбільш швидкі негативно заряджені частинки вилітають на такі дистанції, де електричні поля іонів вже практично не діють. Ці електрони залишають метал.

Тепер згадаємо, що чим більше температура фізичного тіла, тим, природно, більше внутрішня енергія, тим вище швидкості його часток – іонів, атомів, вільних електронів. До тих пір поки катод не була нагрітим, електрони (вільні) рухалися в ньому повільно, вони не могли подолати зупиняють їх сили у поверхні. Підігріваючи катод, ми підвищуємо швидкості електронів, що веде до можливості їх виходу за межі поверхні металу. Але, виходячи з катода лампи, вони потрапляють в електричне поле (створене в лампі), яке переміщує їх до анода, розганяючи ще швидше.

Після потрапляння на анод лампи, негативні заряджені частинки по приєднаних проводу йдуть в джерело електроживлення. Отже, електричний ланцюг замкнута і ми отримали електричний струм у вакуумі. Як було сказано вище, вакуум є кращим ізолятором. Але якщо електрони вводити ззовні, то вакуум вже буде кращим електричним провідником, оскільки в ньому ніщо не перешкоджає вільному руху заряджених частинок.

Процес вильоту негативних заряджених частинок з розігрітого металу прийнято називати – термоелектронної емісією. Як правило, нагрів катода здійснюється шляхом проходження по ньому струму. Для цього до внутрішньої спіралі підключається додаткове харчування. Основне харчування здійснюється по ланцюгу між анодом і катодом.

ПОДІЛИТИСЯ: