الانبعاثات الحرارية الإلكترونية: المفهوم ، الميزات. فراغ الانبعاثات الحرارية الإلكترونية

ينصب التركيز اليوم على الانبعاثات الحرارية. تعتبر المتغيرات من اسم التأثير ، مظهره في المتوسط ​​وفي الفراغ. يتم فحص حدود درجة الحرارة. يتم تحديد المكونات التابعة لكثافة تيار التشبع الانبعاث الحراري.

أسماء تأثير الانبعاث الحراري

مصطلح "الانبعاث الحراري" له أسماء أخرى. من خلال أسماء العلماء الذين اكتشفوا هذه الظاهرة وبحثوها لأول مرة ، يتم تعريفها على أنها تأثير ريتشاردسون أو تأثير إديسون. وبالتالي ، إذا صادف شخص ما هاتين الجملتين في نص كتاب ، فيجب عليه أن يتذكر أن المصطلح المادي نفسه ضمني. كان سبب الارتباك هو الخلاف بين منشورات المؤلفين المحليين والأجانب. سعى علماء الفيزياء السوفيات إلى إعطاء قوانين تعاريف توضيحية.

يحتوي مصطلح "الانبعاثات الحرارية" على جوهر الظاهرة. الشخص الذي يرى هذه العبارة على الصفحة يدرك على الفور أننا نتحدث عن انبعاث درجة حرارة الإلكترونات ، ويبقى فقط وراء الكواليس ، أن هذا يحدث دون فشل في المعادن. لكن لهذا ، هناك تعاريف للكشف عن التفاصيل. في العلوم الأجنبية ، فهي حساسة للغاية للأولوية وحقوق التأليف والنشر. لذلك ، فإن العالم الذي كان قادرًا على إصلاح شيء ما يتلقى ظاهرة اسمية ، ويجب على الطلاب الفقراء أن يحفظوا بالفعل أسماء المكتشفين عن ظهر قلب ، وليس فقط جوهر التأثير.

تحديد الانبعاثات الحرارية

ظاهرة الانبعاث الحراري هي أن الإلكترونات تخرج من المعادن في درجة حرارة عالية. وبالتالي ، فإن الحديد المسخن أو القصدير أو الزئبق هي مصدر هذه الجسيمات الأولية. تعتمد الآلية على حقيقة أن هناك علاقة خاصة في المعادن: فالشبكة البلورية للنواة المشحونة إيجابياً هي ، كما كانت ، أساسًا مشتركًا لجميع الإلكترونات التي تشكل سحابة داخل الهيكل.

وبالتالي ، من بين الجسيمات سالبة الشحنة القريبة من السطح ، سيكون هناك دائمًا تلك التي لديها طاقة كافية لترك الحجم ، أي للتغلب على الحاجز المحتمل.

درجة حرارة تأثير الانبعاث الحراري

بسبب الرابطة المعدنية ، سيكون هناك إلكترونات بالقرب من سطح أي معدن له قوى كافية للتغلب على حاجز الخروج المحتمل. ومع ذلك ، وبسبب التشتت ذاته في الطاقات ، فإن إحدى الجسيمات بالكاد تنفصل عن الهيكل البلوري ، بينما تقلع الأخرى وتنتقل لمسافة معينة ، مؤينة الوسيط المحيط بها. من الواضح أنه كلما زاد كلفن في الوسط ، زاد عدد الإلكترونات من القدرة على ترك حجم المعدن. وبالتالي ، فإن السؤال الذي يطرح نفسه هو ما هي درجة حرارة الانبعاث الحراري. الإجابة ليست بسيطة ، وسننظر في الحدود الدنيا والعليا لوجود هذا التأثير.

حدود درجة حرارة الانبعاث الحراري

يحتوي اتصال الجسيمات الإيجابية والسلبية في المعادن على عدد من الميزات ، من بينها توزيع كثيف للغاية للطاقات. الإلكترونات ، كونها فرميونات ، تشغل كل منها مكانتها الخاصة في مجال الطاقة (على عكس البوزونات ، التي يمكن أن تكون كلها في حالة واحدة). على الرغم من ذلك ، فإن الفرق بينهما صغير جدًا بحيث يمكن اعتبار الطيف مستمرًا ، وليس منفصلاً.

وهذا بدوره يؤدي إلى ارتفاع كثافة حالات الإلكترونات في المعادن.ومع ذلك ، حتى في درجات حرارة منخفضة للغاية ، قريبة من الصفر المطلق (تذكر ، هذا هو الصفر كلفن ، أو ما يقرب من مئتي وثلاثين وسبعين درجة مئوية) ، سيكون هناك إلكترونات ذات طاقة أعلى وأقل ، حيث لا يمكن أن تكون جميعها في نفس الوقت في حالة أقل. هذا يعني أنه في ظروف معينة (رقائق رقيقة) ، نادرًا ما يتم ملاحظة خروج الإلكترون من المعدن حتى في درجات حرارة منخفضة للغاية. وبالتالي ، يمكن اعتبار القيمة القريبة من الصفر المطلق الحد الأدنى لدرجة حرارة الانبعاثات الحرارية.

على الجانب الآخر من مقياس درجة الحرارة هو ذوبان المعادن. وفقًا للبيانات الفيزيائية والكيميائية ، تختلف هذه الخاصية في جميع مواد هذه الفئة. بمعنى آخر ، المعادن التي لها نفس نقطة الانصهار غير موجودة. في ظل الظروف العادية ، ينتقل الزئبق أو السائل من شكله البلوري حتى عند درجة حرارة أقل من تسعة وثلاثين درجة مئوية ، بينما ينتقل التنجستن إلى ثلاثة آلاف ونصف.

ومع ذلك ، ترتبط كل هذه الحدود بشيء واحد - المعدن يتوقف عن أن يكون صلبا. هذا يعني أن القوانين والآثار تتغير. والقول أن هناك انبعاث حراري في ذوبان ليست ضرورية. وبالتالي ، فإن نقطة انصهار المعدن تصبح الحد الأعلى لهذا التأثير.

فراغ الانبعاثات الحرارية الإلكترونية

كل ما سبق يشير إلى الظاهرة في الوسط (على سبيل المثال ، في الهواء أو في غاز خامل). ننتقل الآن إلى مسألة ما هو الانبعاثات الحرارية في الفراغ. للقيام بذلك ، وصفنا أبسط جهاز. يتم وضع قضيب رفيع من المعدن في القارورة التي يتم ضخ الهواء منها ، والتي يتم إحضارها إلى القطب السلبي للمصدر الحالي. لاحظ أن المادة يجب أن تذوب في درجات حرارة مرتفعة بما فيه الكفاية حتى لا تفقد البنية البلورية أثناء التجربة. يحيط بالكاثود الذي تم الحصول عليه بواسطة أسطوانة من معدن آخر ويتم توصيل قطب موجب به. وبطبيعة الحال ، يكون الأنود أيضًا في وعاء مليء بالفراغ. عندما تكون الدائرة مغلقة ، نحصل على تيار الانبعاث الحراري.

من الجدير بالذكر أنه في ظل هذه الظروف ، فإن اعتماد التيار على الجهد في درجة حرارة ثابتة الكاثود لا يطيع قانون أوم ، ولكن قانون الثلاثة الثانية. سمي أيضًا باسم الطفل (في الإصدارات الأخرى من Child-Langmuir وحتى Child-Langmuir-Boguslavsky) ، وفي الأدب العلمي باللغة الألمانية - بمعادلة شوتكي. مع زيادة الجهد في مثل هذا النظام في لحظة معينة ، تصل جميع الإلكترونات المسحوبة من الكاثود إلى الأنود. وهذا ما يسمى التشبع الحالي. فيما يتعلق بخاصية الجهد الحالي ، يتم التعبير عن ذلك في حقيقة أن المنحنى ينتقل إلى هضبة ، وزيادة أخرى في الجهد ليست فعالة.

صيغة الانبعاث الحراري

هذه هي الميزات التي لديها الانبعاثات الحرارية. الصيغة معقدة للغاية ، لذلك لن نعطيها هنا. بالإضافة إلى ذلك ، من السهل العثور عليه في أي دليل. بشكل عام ، لا توجد صيغة الانبعاث الحراري على هذا النحو ؛ يتم اعتبار كثافة تيار التشبع فقط. تعتمد هذه القيمة على المادة (التي تحدد وظيفة العمل) ودرجة الحرارة الديناميكية الحرارية. جميع المكونات الأخرى للصيغة هي الثوابت.

على أساس الانبعاثات الحرارية ، تعمل العديد من الأجهزة. على سبيل المثال ، تعتمد أجهزة التلفزيون والشاشات الكبيرة القديمة على هذا التأثير.