Heute liegt der Schwerpunkt auf der thermionischen Emission. Varianten des Effektnamens, seiner Manifestation im Medium und im Vakuum werden berücksichtigt. Temperaturgrenzen werden untersucht. Die abhängigen Komponenten der Sättigungsstromdichte der thermionischen Emission werden bestimmt.
Namen der Auswirkung der thermionischen Emission
Der Begriff "thermionische Emission" hat andere Namen. Unter den Namen von Wissenschaftlern, die dieses Phänomen entdeckt und zuerst untersucht haben, wird es als Richardson-Effekt oder Edison-Effekt bezeichnet. Wenn eine Person also auf diese beiden Sätze im Text eines Buches stößt, muss sie sich daran erinnern, dass derselbe physikalische Begriff impliziert wird. Die Verwirrung wurde durch die Meinungsverschiedenheiten zwischen den Veröffentlichungen in- und ausländischer Autoren verursacht. Sowjetische Physiker versuchten, Gesetze erklärend zu definieren.
Der Begriff "thermionische Emission" enthält die Essenz des Phänomens. Die Person, die diesen Satz auf der Seite sieht, versteht sofort, dass es sich um die Temperaturemission von Elektronen handelt, bleibt nur hinter den Kulissen, dass dies bei Metallen ohne Fehler geschieht. Aber dafür gibt es Definitionen, die Details preisgeben. In der ausländischen Wissenschaft reagieren sie sehr empfindlich auf Primat und Urheberrecht. Ein Wissenschaftler, der in der Lage war, etwas zu reparieren, erhält daher ein nominelles Phänomen, und arme Schüler sollten sich die Namen der Entdecker auswendig merken und nicht nur die Essenz des Effekts.
Bestimmung der thermionischen Emission
Das Phänomen der thermionischen Emission besteht darin, dass Elektronen bei hoher Temperatur aus Metallen austreten. So sind erhitztes Eisen, Zinn oder Quecksilber die Quelle dieser Elementarteilchen. Der Mechanismus beruht auf der Tatsache, dass in Metallen eine besondere Verbindung besteht: Das Kristallgitter positiv geladener Kerne ist sozusagen eine gemeinsame Basis für alle Elektronen, die innerhalb der Struktur eine Wolke bilden.
Unter den negativ geladenen Partikeln, die sich in der Nähe der Oberfläche befinden, befinden sich immer solche, die genug Energie haben, um das Volumen zu verlassen, dh die Potentialbarriere zu überwinden.
Temperatur des Effekts der thermionischen Emission
Aufgrund der metallischen Bindung befinden sich Elektronen in der Nähe der Oberfläche jedes Metalls, die genügend Kräfte haben, um die potenzielle Austrittsbarriere zu überwinden. Aufgrund der gleichen Energiedispersion löst sich jedoch ein Teilchen kaum von der kristallinen Struktur, während das andere sich entfernt und eine gewisse Strecke zurücklegt und das umgebende Medium ionisiert. Je mehr Kelvin sich im Medium befindet, desto mehr Elektronen können das Volumen des Metalls verlassen. Somit stellt sich die Frage, wie hoch die Temperatur der thermionischen Emission ist. Die Antwort ist nicht einfach, und wir werden die unteren und oberen Grenzen der Existenz dieses Effekts betrachten.
Temperaturgrenzen der thermionischen Emission
Die Verbindung von positiven und negativen Partikeln in Metallen weist eine Reihe von Merkmalen auf, darunter eine sehr dichte Verteilung der Energien. Elektronen, die Fermionen sind, besetzen jeweils ihre eigene Energie-Nische (im Gegensatz zu Bosonen, die in der Lage sind, alle in einem Zustand zu sein). Trotzdem ist der Unterschied zwischen ihnen so gering, dass das Spektrum als stetig und nicht als diskret angesehen werden kann.
Dies führt wiederum zu einer hohen Zustandsdichte von Elektronen in Metallen.Aber selbst bei sehr niedrigen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (erinnern wir uns, dies ist null Kelvin oder ungefähr minus zweihundertdreiundsiebzig Grad Celsius) gibt es Elektronen mit höherer und niedrigerer Energie, da sich nicht alle gleichzeitig in einem niedrigeren Zustand befinden können. Dies bedeutet, dass unter bestimmten Bedingungen (dünne Folie) sehr selten der Elektronenaustritt aus einem Metall auch bei extrem niedrigen Temperaturen beobachtet wird. Somit kann ein Wert nahe dem absoluten Nullpunkt als untere Grenze der Temperatur der thermionischen Emission angesehen werden.
Auf der anderen Seite der Temperaturskala befindet sich das Schmelzen des Metalls. Nach physikalisch-chemischen Angaben ist diese Eigenschaft für alle Werkstoffe dieser Klasse unterschiedlich. Mit anderen Worten, Metalle mit dem gleichen Schmelzpunkt existieren nicht. Unter normalen Bedingungen tritt Quecksilber oder Flüssigkeit bereits bei minus neununddreißig Grad Celsius aus seiner kristallinen Form aus, Wolfram bei dreieinhalb Tausend.
Alle diese Grenzen hängen jedoch von einer Sache zusammen - das Metall hört auf, ein Feststoff zu sein. Dies bedeutet, dass sich Gesetze und Auswirkungen ändern. Und zu sagen, dass es in der Schmelze eine thermionische Emission gibt, ist nicht notwendig. Somit wird der Schmelzpunkt des Metalls die Obergrenze dieses Effekts.
Vakuum Thermoelektronische Emission
Alles oben Genannte bezieht sich auf das Phänomen im Medium (zum Beispiel in Luft oder in einem Inertgas). Nun wenden wir uns der Frage zu, was thermionische Emission im Vakuum ist. Dazu beschreiben wir das einfachste Gerät. In dem Kolben befindet sich ein dünner Metallstab, aus dem Luft abgepumpt wurde, zu dem der Minuspol der Stromquelle geführt wird. Es ist zu beachten, dass das Material bei ausreichend hohen Temperaturen schmelzen muss, um die Kristallstruktur während des Versuchs nicht zu verlieren. Die so erhaltene Kathode ist von einem Zylinder aus einem anderen Metall umgeben und ein positiver Pol ist mit diesem verbunden. Natürlich befindet sich die Anode auch in einem mit Vakuum gefüllten Gefäß. Wenn der Stromkreis geschlossen ist, erhalten wir den Strom der thermionischen Emission.
Es ist bemerkenswert, dass unter diesen Bedingungen die Abhängigkeit des Stroms von der Spannung bei einer konstanten Kathodentemperatur nicht dem Ohmschen Gesetz folgt, sondern dem Gesetz der drei zweiten. Er ist auch nach Child (in anderen Versionen von Child-Langmuir und sogar Child-Langmuir-Boguslavsky) und in der deutschsprachigen wissenschaftlichen Literatur benannt - nach der Schottky-Gleichung. Bei einem Spannungsanstieg in einem solchen System erreichen zu einem bestimmten Zeitpunkt alle aus der Kathode herausgezogenen Elektronen die Anode. Dies wird als Sättigungsstrom bezeichnet. Auf die Strom-Spannungs-Kennlinie drückt sich dies darin aus, dass die Kurve auf ein Plateau geht und eine weitere Spannungserhöhung nicht wirksam ist.
Formel für die thermionische Emission
Dies sind die Merkmale, die die thermionische Emission aufweist. Die Formel ist ziemlich komplex, deshalb werden wir sie hier nicht geben. Außerdem ist es in jedem Verzeichnis leicht zu finden. Im Allgemeinen gibt es die Formel für die thermionische Emission nicht als solche, nur die Sättigungsstromdichte wird berücksichtigt. Dieser Wert ist abhängig vom Werkstoff (der die Austrittsarbeit bestimmt) und der thermodynamischen Temperatur. Alle anderen Komponenten der Formel sind Konstanten.
Aufgrund der thermischen Emission arbeiten viele Geräte. Zum Beispiel basieren alte Großfernseher und Monitore auf diesem Effekt.
