Днес акцентът е върху термионните емисии. Разглеждат се варианти на името на ефекта, проявата му в средата и във вакуум. Изследват се температурните граници. Определят се зависимите компоненти на плътността на тока на насищане на термионната емисия.
Наименования на ефекта от термионното излъчване
Терминът "термионна емисия" има други имена. По имена на учени, открили и за първи път изследвали този феномен, той се определя като ефект на Ричардсън или ефект на Едисон. По този начин, ако човек срещне тези две фрази в текста на книга, той трябва да помни, че се подразбира един и същ физически термин. Объркването е породено от разногласието между публикациите на местни и чуждестранни автори. Съветските физици се стремяха да дадат на законите обяснителни определения.
Терминът "термионно излъчване" съдържа същността на явлението. Човекът, който види тази фраза на страницата веднага разбира, че говорим за температурното излъчване на електрони, остава само зад кулисите, че това се случва без провал в металите. Но за това има определения, които разкриват подробности. В чуждестранната наука те са много чувствителни към примата и авторското право. Следователно учен, който успя да поправи нещо, получава номинално явление, а бедните студенти всъщност трябва да запомнят наизуст имената на откривателите, а не само същността на ефекта.
Определяне на термионните емисии
Явлението на термионното излъчване е, че електрони излизат от метали при висока температура. По този начин нагрятото желязо, калай или живак са източникът на тези елементарни частици. Механизмът се основава на факта, че в металите има специална връзка: кристалната решетка на положително заредените ядра е, като че ли, обща основа за всички електрони, които образуват облак вътре в структурата.
Така сред отрицателно заредените частици, които са в близост до повърхността, винаги ще има такива, които имат достатъчно енергия, за да оставят обема, тоест да преодолеят потенциалната бариера.
Термионен ефект на температурата на излъчване
Поради металната връзка, в близост до повърхността на всеки метал ще има електрони, които имат достатъчно сили, за да преодолеят потенциалната бариера за изход. Поради същата дисперсия на енергии, една частица едва се откъсва от кристалната структура, докато другата излита и изминава определено разстояние, йонизирайки средата около нея. Очевидно, колкото повече келвин в средата, толкова повече електрони придобиват способността да оставят обема на метала. Така възниква въпросът каква е температурата на термионното излъчване. Отговорът не е прост и ще разгледаме долната и горната граница на съществуването на този ефект.
Температурни граници на термионното излъчване
Връзката на положителните и отрицателните частици в металите има редица характеристики, сред които има много плътно разпределение на енергиите. Електроните, бидейки фермиони, всеки заемат собствена енергийна ниша (за разлика от бозоните, които могат да бъдат всички в едно състояние). Въпреки това разликата между тях е толкова малка, че спектърът може да се счита за непрекъснат, а не дискретен.
От своя страна това води до висока плътност на състоянията на електроните в металите.Въпреки това, дори при много ниски температури, близки до абсолютна нула (припомнете си, това е нула Келвин, или приблизително минус двеста седемдесет и три градуса по Целзий), ще има електрони с по-висока и по-ниска енергия, тъй като всички те едновременно не могат да бъдат в по-ниско състояние. Това означава, че при определени условия (тънко фолио) много рядко изходът на електрон от метал ще се наблюдава дори при изключително ниски температури. По този начин стойност, близка до абсолютна нула, може да се счита за долната граница на температурата на термионното излъчване.
От другата страна на температурната скала е топенето на метали. Според физикохимичните данни, за всички материали от този клас тази характеристика е различна. С други думи, метали със същата точка на топене не съществуват. При нормални условия живак или течност преминават от кристалната си форма дори при минус тридесет и девет градуса по Целзий, докато волфрам - при три и половина хиляди.
Всички тези ограничения обаче са свързани с едно нещо - металът престава да бъде твърд. Това означава, че законите и ефектите се променят. И да се каже, че в стопилката има термионно излъчване, не е необходимо. Така точката на топене на метала става горната граница на този ефект.
Вакуумна термоелектронна емисия
Всичко по-горе се отнася до явлението в средата (например във въздух или в инертен газ). Сега се обръщаме към въпроса какво е термионно излъчване във вакуум. За целта описваме най-простото устройство. В колбата, от която се изпомпва въздух, се поставя тънък метален прът, към който се подава отрицателният полюс на източника на ток. Обърнете внимание, че материалът трябва да се разтопи при достатъчно високи температури, за да не загуби кристалната структура по време на експеримента. Така полученият катод е заобиколен от цилиндър от друг метал и към него е свързан положителен стълб. Естествено, анодът също е в съд, изпълнен с вакуум. Когато веригата е затворена, получаваме тока на термионното излъчване.
Прави впечатление, че при тези условия зависимостта на тока от напрежение при постоянна катодна температура не се подчинява на закона на Ом, а на закона на трите секунди. Той също е кръстен на Чайлд (в други версии на Child-Langmuir и дори Child-Langmuir-Boguslavsky), а в немската езикова научна литература - по уравнението на Шотки. С увеличаване на напрежението в такава система в определен момент, всички извлечени от катода електрони достигат до анода. Това се нарича ток на насищане. На характеристиката на токовото напрежение това се изразява във факта, че кривата отива към плато и по-нататъшното увеличение на напрежението не е ефективно.
Формула на термионни емисии
Това са характеристиките, които има термионното излъчване. Формулата е доста сложна, така че тук няма да я дадем. Освен това е лесно да се намери във всяка директория. Като цяло формулата на термионните емисии не съществува като такава, само се счита за плътността на тока на насищане. Тази стойност зависи от материала (който определя работната функция) и термодинамичната температура. Всички останали компоненти на формулата са константи.
Въз основа на термионното излъчване работят много устройства. Например, старите големи телевизори и монитори се основават на този ефект.
