Електрически ток във вакуум

Електрически ток във вакуум

Електрически ток във вакуум. Вакуумни устройства и тяхното приложение

Цели:

1. 
   Помогнете да разберете концепцията за работната функция, да разгледате явлението термична емисия, устройството на електронна лампа на диод и триод, да разгледате физическата природа на електрически ток във вакуум от гледна точка на електронната теория.
   
2. 
   Развитие на научен мироглед, логическо мислене, способност за самостоятелна работа, умения за самоконтрол.
   
3. 
   Възпитание на трудолюбие, точност.
   

Тип на урока:Комбиниран.
Устройства:Схема на вакуумния диод и триодно устройство.
План на урока

1. 
   Org. Момент.
   
2. 
   Проверка на домашната работа.
   

1. 
   3 души на карти (1. Електрически ток в течности, електролиза; 2. Законите на Фарадей за електролиза; 3. Електронен заряд)
   
2. 
   1 на дъската - Работа и мощност на тока, топлинен ефект на тока
   
3. 
   Проучване отпред за въпроси от предишния урок
   

1. 
   Обяснение на новия материал.
   

1. 
   Излезте от работата. Термична емисия.
   
2. 
   Диод и триод на вакуумни тръби.
   
3. 
   Електрически ток във вакуум. Характеристики на токовото напрежение на диод и триод.
   

1. 
   Закотвяне
   
2. 
   Домашна работа:
   

3. Изучаване на нов материал.

1. Резултат от работата. Термична емисия.

Концепцията за вакуум, условия от съществуването на ток във вакуум.

IN

Akuum е състоянието на газ при налягане, по-малко от атмосферното .

Степента на разреждане на газа зависи от съотношението между средния свободен път на молекули или атоми и линейните размери д съдът, в който се намира газът. Вакуумът се характеризира със сравнителни размери

и д:

• 
  Ултрависоко -
  
  
  
• 
  Висок -
  
  
  
• 
  Средно аритметично -
  
  
  
• 
  Ниска -
  
  
  

За да може вакуумът да проведе електрически ток, е необходимо в него да се появят свободни носители на заряд.

Резултат от работата

За да излети от метал, електронът трябва да преодолее силите на привличане на положителни йони, т.е. да работи срещу тези сили и за това трябва да има достатъчно кинетична енергия.

Е.

енергията, която един електрон трябва да изразходва, за да излети от метала, се нарича работна функция Ae на електрона от дадения метал.

Всеки метал има своя собствена стойност на работната функция.

Термична емисия

При стайна температура средната кинетична енергия на хаотично топлинно движение на повечето свободни електрони­троновете в металите имат много по-малка работна функция. Следователно) при такива условия тези електрони не избягват от метала. При нагряване на метала се увеличава средната кинетична енергия на свободните електрони, броят на електроните в които­тя става равна или по-голяма от работната функция (т.е.

), и следователно при достатъчно високи температури (1100-1200 K) голям брой­брой електрони.

Емисия на електрони от нагрети тела, наречена­термична емисия.

Феноменът на термоионната емисия се използва много широко в технологията, по-специално за създаване на електрически ток чрез вакуум, т.е. той е в основата на принципа на работа на повечето електровакуум­свине (радиолампи, електронно-лъчеви тръби и др.).

2. Електронен тръбен диод и триод.

д

йодът е двуелектрод, а триодът е триелектродна електронна тръба.

Схема на устройство за вакуумен триод­е показано на фиг. 1. (Устройството на диод се различава от триода само в отсъствието на трети електрод - решетка.)

IN

Вътре в стъклен или метален цилиндър /, в който се създава вакуум (въздухът се изпомпва до налягане 10 -6 - 10 -7 mm Hg), на специални стойки има: нажежаема жичка 2, катод 3, анод 4, мрежа 5, изводите от която са запоени към краката 7, фиксирани в основата 6 лампи.

Нишката е жицата, през която­електрически ток. Катодът е метална тръба, която се увива около нишката (без да я докосва). Над­Катодът е покрит с тънък слой оксиди на алкалоземни метали (например барий), който е емисионен слой. Топлина, генерирана от тока, преминаващ през нишката­la, загрява катода и електроните излъчват от повърхността му. Такъв катод се нарича индиректно нагрят катод. (Има лампи, в които самата нишка е катод. Такъв катод се нарича директно нагрят катод.)

Решетката е електрод, направен под формата на спирала, направена от
волфрамова тел, покриваща катода. Анодът представлява­е кух метален цилиндър, вътре в който коаксиално са разположени нишката, катодът и решетката.
3. Електрически ток във вакуум. Характеристики на токовото напрежение на диод и триод.

Електрически ток във вакуум

д

за изучаване на електронни явления във VA­вакуум и закономерности на тока през вакуума­но използвайте веригата с триодна вакуумна тръба, показана на фиг. 2. В тази диаграма са приети следните обозначения: L - триод (в който И - анод, С - мрежа, ДА СЕ - ка­tod); Е1 - източник на ток, който създава напрежение­между анода и катода; E2 - източник тогава­ka, който създава ток през нажежаемата жичка, която също е катод; 83 - източник на ток, който създава напрежение между мрежата и катода; R1 и R3 - потенциометри; R2 - светещ реостат; P1 и P2 - превключващи превключватели: K1, K2 и KZ - ключове; А1 и A2— амперметри; VI, V2 и V3 - волтметри.

Амперметър А1 показва наличието или отсъствието на ток през вакуума, който съществува във вакуумната тръба, както и знака­четене/а на този ток (той се нарича аноден ток).

Естеството на електрическия ток във вакуум се установява по следите­по същия начин (в началото на експеримента всички превключватели K1, K2 и KZ отворен):

а) затваряме ключа/C /, тоест създаваме напрежение между анода и катода. Оставете превключвателя P1 стои на позиции 1-4 и 2-5. В този случай плюс се подава към анода и­ноус. Токът обаче не преминава през лампата, тъй като във вакуум няма носители на ток;

б) със затворен ключ K1 близо K2. Катодът се загрява и излъчва електрони. Във вакуум се появяват носители на ток и токът преминава през лампата. Следователно електрическият ток във вакуум е поток от електрони, летящи към анода от катода, който ги излъчва поради термоионно излъчване­тези. (Уверете се, че носителите на ток през вакуума са­това са електроните, които могат да се направят по следния начин. Ако повторно­превключвател P1 поставете в позиция 2-4 и 3-5, тогава към анода ще се приложи минус, а към катода плюс и амперметър А2 ще покаже, че токът не минава през лампата. Следователно настоящите превозвачи са­отрицателно заредени частици - електрони.)

От това също следва, че вакуумната тръба е едностранна проводимост и може да се използва за изправяне­променлив ток.
Характеристики на токово напрежение диод и триод

Закономерностите на тока във вакуум и свойствата на електронните лампи - диод и триод са определени, както следва:

а) ключове K1 и K2 затворен (виж фиг. 2), KZ - отворен.

P

превключвател P1 - в позиция 1-4 и 2-5. Смяна с потенциометър R1 напрежение между анода и катода (анодно напрежение Uа), премахнете характеристиката на токовото напрежение на диода (мрежата включена­ka не е свързан към веригата и електронната лампа е диод), т.е. те намират зависимостта на анодния ток/a, преминаващ през вакуума, от анодното напрежение Uа;

б

) увеличаване на реостата R2 ток на нажежаема жичка, т.е.увеличаване­температурата на катода, се установява, че анодният ток се увеличава­топи се. Това се случва, защото с повишаване на температурата,­е броят на излъчващите електрони (емисионният ток се увеличава). Семейства­характеристики на диоден анод при две различни температури­катодът е показан на фиг. 3.

В района на Аз от тази графика, т.е.при увеличаване на анодното напрежение от 0 до определена стойност на Uн, токът през вакуума се увеличава, но не пропорционално на напрежението, а според закона

Този израз се нарича по формулата на Богуславски - Лангмюр или закона на "три секунди". В // областта на тази диаграма, т.е.

, токът през вакуума е независим от напрежението. Този ток се нарича ток на насищане;

в) затворете ключа KZ. Това създава напрежение t/c между решетката и катода (нарича се напрежение на мрежата­Ний). Чрез промяна на това напрежение с потенциометър R3, както и­полярност на мрежата - превключвател Р2, свалям, отлитам мрежест знак­теристика триод, тоест зависимостта на анодния ток/преминаващ­th през лампата, от напрежението на мрежата Uc. Графиката на тази зависимост­простотата е показана на фиг. 4. От тази графика може да се види, че: първо, при някакво отрицателно напрежение U3 на снимачната площадка­лампата е „заключена“, тоест токът не минава през нея, въпреки че има ускоряващо напрежение между анода и катода; второ, поради промяна в напрежението на мрежата е възможно да се контролира текущата стойност при постоянно анодно напрежение­res триод; трето, решетъчната характеристика на триода има праволинейно сечение, където силата на анодния ток е пропорционална на­на напрежението на мрежата. Това позволява триодът да се използва за пропорционално усилване на силата на тока, т.е. усилвател.

1. 
   Това, което се нарича работна функция на елека­метални тронове?
   
2. 
   Какво е термична емисия­това?
   
3. 
   След като направите пояснителен чертеж, обяснете вакуума di­ода и триод.
   
4. 
   Начертайте диаграма на експеримента за изучаване на електрически ток във вакуум.
   
5. 
   Обяснете как решетъчната характеристика на триод се отстранява експериментално. Начертайте го и го опишете­назовете неговите характеристики.
   
6. 
   Какви са моделите на електрически ток във вакуум? Законът на Ом важи ли за ток във вакуум? Как се пише формулата на Богуславски - Лангмюр?
   
7. 
   Обяснете как експериментално премахнете решетъчните характеристики на триод. Начертайте го и го опишете­назовете неговите характеристики.
   
8. 
   Обяснете ролята на мрежата в триода. Ка­какви функции може да изпълнява триод?
   

• Електрически ток във вакуум
• Електрически автомобили
• Електрически ток в чисти полупроводници
• Електрически ток в полупроводници
• Терморегулатор за електрически бойлер

---