Hoy el foco está en la emisión termoiónica. Se consideran variantes del nombre del efecto, su manifestación en el medio y en el vacío. Se investigan los límites de temperatura. Se determinan los componentes dependientes de la densidad de corriente de saturación de la emisión termoiónica.
Nombres del efecto de la emisión termiónica.
El término "emisión termiónica" tiene otros nombres. Por los nombres de los científicos que descubrieron e investigaron este fenómeno por primera vez, se define como el efecto Richardson o el efecto Edison. Por lo tanto, si una persona encuentra estas dos frases en el texto de un libro, debe recordar que el mismo término físico está implícito. La confusión fue causada por el desacuerdo entre las publicaciones de autores nacionales y extranjeros. Los físicos soviéticos buscaron dar a las leyes definiciones explicativas.
El término "emisión termiónica" contiene la esencia del fenómeno. La persona que ve esta frase en la página comprende de inmediato que estamos hablando de la emisión de temperatura de los electrones, solo permanece detrás de escena, que esto ocurre sin fallas en los metales. Pero para eso, hay definiciones para revelar detalles. En ciencia extranjera, son muy sensibles a la primacía y al derecho de autor. Por lo tanto, un científico que pudo arreglar algo recibe un fenómeno nominal, y los estudiantes pobres deberían memorizar los nombres de los descubridores de memoria, y no solo la esencia del efecto.
Determinación de la emisión termoiónica.
El fenómeno de la emisión termiónica es que los electrones salen de los metales a altas temperaturas. Por lo tanto, el hierro calentado, el estaño o el mercurio son la fuente de estas partículas elementales. El mecanismo se basa en el hecho de que en los metales hay una conexión especial: la red cristalina de los núcleos cargados positivamente es, por así decir, una base común para todos los electrones que forman una nube dentro de la estructura.
Por lo tanto, entre las partículas cargadas negativamente que están cerca de la superficie, siempre habrá aquellas que tengan suficiente energía para abandonar el volumen, es decir, para superar la barrera potencial.
Temperatura de efecto de emisión termiónica
Debido al enlace metálico, habrá electrones cerca de la superficie de cualquier metal que tengan fuerzas suficientes para superar la barrera de salida potencial. Sin embargo, debido a la misma dispersión de energías, una partícula apenas se separa de la estructura cristalina, mientras que la otra despega y viaja una cierta distancia, ionizando el medio a su alrededor. Obviamente, cuanto más kelvin en el medio, más electrones adquieren la capacidad de dejar el volumen del metal. Por lo tanto, surge la pregunta de cuál es la temperatura de emisión termoiónica. La respuesta no es simple, y consideraremos los límites inferior y superior de la existencia de este efecto.
Límites de temperatura de emisión termiónica
La conexión de partículas positivas y negativas en los metales tiene una serie de características, entre las cuales hay una distribución muy densa de las energías. Los electrones, que son fermiones, ocupan cada uno su propio nicho de energía (a diferencia de los bosones, que pueden estar todos en un solo estado). A pesar de esto, la diferencia entre ellos es tan pequeña que el espectro puede considerarse continuo, en lugar de discreto.
A su vez, esto conduce a una alta densidad de estados de electrones en los metales.Sin embargo, incluso a temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto (recuerde, esto es cero Kelvin, o alrededor de menos doscientos setenta y tres grados Celsius), habrá electrones con energía más alta y más baja, ya que todos ellos al mismo tiempo no pueden estar en el estado más bajo. Esto significa que bajo ciertas condiciones (lámina delgada), muy raramente se observará la salida de electrones de un metal incluso a temperaturas extremadamente bajas. Por lo tanto, un valor cercano al cero absoluto puede considerarse el límite inferior de la temperatura de emisión termoiónica.
En el otro lado de la escala de temperatura está la fusión de metales. Según los datos fisicoquímicos, para todos los materiales de esta clase, esta característica es diferente. En otras palabras, no existen metales con el mismo punto de fusión. En condiciones normales, el mercurio o el líquido pasa de su forma cristalina a menos treinta y nueve grados centígrados, mientras que el tungsteno, a tres mil quinientos.
Sin embargo, todos estos límites están relacionados por una cosa: el metal deja de ser sólido. Esto significa que las leyes y los efectos están cambiando. Y no es necesario decir que hay una emisión termoiónica en la masa fundida. Por lo tanto, el punto de fusión del metal se convierte en el límite superior de este efecto.
Emisión termoelectrónica al vacío
Todo lo anterior se refiere al fenómeno en el medio (por ejemplo, en aire o en un gas inerte). Ahora pasamos a la pregunta de qué es la emisión termoiónica en el vacío. Para hacer esto, describimos el dispositivo más simple. Se coloca una varilla delgada de metal en el matraz desde el que se bombeó aire, hacia el cual se lleva el polo negativo de la fuente de corriente. Tenga en cuenta que el material debe fundirse a temperaturas suficientemente altas para no perder la estructura cristalina durante el experimento. El cátodo así obtenido está rodeado por un cilindro de otro metal y se le conecta un polo positivo. Naturalmente, el ánodo también está en un recipiente lleno de vacío. Cuando el circuito está cerrado, obtenemos la corriente de emisión termoiónica.
Es de destacar que en estas condiciones, la dependencia de la corriente del voltaje a una temperatura constante del cátodo no obedece la ley de Ohm, sino la ley de los tres segundos. También lleva el nombre de Child (en otras versiones de Child-Langmuir e incluso Child-Langmuir-Boguslavsky), y en la literatura científica en lengua alemana, por la ecuación de Schottky. Con un aumento de voltaje en dicho sistema en un momento determinado, todos los electrones extraídos del cátodo alcanzan el ánodo. Esto se llama la corriente de saturación. En la característica de voltaje de corriente, esto se expresa en el hecho de que la curva va a una meseta y un aumento adicional de voltaje no es efectivo.
Fórmula de emisión termiónica
Estas son las características que tiene la emisión termiónica. La fórmula es bastante compleja, por lo que no la daremos aquí. Además, es fácil de encontrar en cualquier directorio. En general, la fórmula de emisión termoiónica no existe como tal; solo se considera la densidad de corriente de saturación. Este valor depende del material (que determina la función de trabajo) y la temperatura termodinámica. Todos los demás componentes de la fórmula son constantes.
Sobre la base de la emisión termoiónica, muchos dispositivos funcionan. Por ejemplo, los viejos televisores y monitores grandes se basan en este efecto.
