Oggi l'attenzione è rivolta all'emissione termoionica. Sono considerate le varianti del nome dell'effetto, la sua manifestazione nel mezzo e nel vuoto. I limiti di temperatura sono studiati. Vengono determinati i componenti dipendenti della densità della corrente di saturazione dell'emissione termoionica.
Nomi dell'effetto dell'emissione termoionica
Il termine "emissione termoionica" ha altri nomi. Con i nomi di scienziati che hanno scoperto e indagato per la prima volta questo fenomeno, è definito come l'effetto Richardson o l'effetto Edison. Pertanto, se una persona incontra queste due frasi nel testo di un libro, deve ricordare che è implicito lo stesso termine fisico. La confusione è stata causata dal disaccordo tra le pubblicazioni di autori nazionali e stranieri. I fisici sovietici hanno cercato di dare definizioni esplicative alle leggi.
Il termine "emissione termoionica" contiene l'essenza del fenomeno. La persona che vede questa frase sulla pagina capisce immediatamente che stiamo parlando dell'emissione di temperatura degli elettroni, rimane solo dietro le quinte, che ciò accade senza fallo nei metalli. Ma per questo, ci sono definizioni per rivelare i dettagli. Nella scienza straniera, sono molto sensibili al primato e al diritto d'autore. Pertanto, uno scienziato che è stato in grado di riparare qualcosa riceve un fenomeno nominale e gli studenti poveri dovrebbero effettivamente memorizzare a memoria i nomi degli scopritori e non solo l'essenza dell'effetto.
Determinazione dell'emissione termoionica
Il fenomeno dell'emissione termoionica è che gli elettroni escono dai metalli ad alta temperatura. Pertanto, ferro riscaldato, stagno o mercurio sono la fonte di queste particelle elementari. Il meccanismo si basa sul fatto che nei metalli esiste una connessione speciale: il reticolo cristallino dei nuclei carichi positivamente è, per così dire, una base comune per tutti gli elettroni che formano una nuvola all'interno della struttura.
Pertanto, tra le particelle caricate negativamente che si trovano vicino alla superficie, ci saranno sempre quelle che hanno abbastanza energia per lasciare il volume, cioè per superare la potenziale barriera.
Temperatura effetto di emissione termoionica
A causa del legame metallico, ci saranno elettroni vicino alla superficie di qualsiasi metallo che abbiano forze sufficienti per superare la potenziale barriera di uscita. Tuttavia, a causa della stessa dispersione di energie, una particella si stacca a malapena dalla struttura cristallina, mentre l'altra decolla e percorre una certa distanza, ionizzando il mezzo circostante. Ovviamente, più kelvin nel mezzo, più elettroni acquisiscono la capacità di lasciare il volume del metallo. Pertanto, si pone la questione di quale sia la temperatura dell'emissione termoionica. La risposta non è semplice e considereremo i limiti inferiore e superiore dell'esistenza di questo effetto.
Limiti di temperatura dell'emissione termoionica
La connessione di particelle positive e negative nei metalli ha una serie di caratteristiche, tra le quali vi è una distribuzione molto densa di energie. Gli elettroni, essendo fermioni, occupano ciascuno la propria nicchia di energia (a differenza dei bosoni, che sono in grado di essere tutti in un unico stato). Nonostante ciò, la differenza tra loro è così piccola che lo spettro può essere considerato continuo, piuttosto che discreto.
A sua volta, ciò porta ad un'alta densità di stati di elettroni nei metalli.Tuttavia, anche a temperature molto basse, vicino allo zero assoluto (ricorda, questo è zero Kelvin, o circa meno duecentosettantatre gradi Celsius), ci saranno elettroni con energia più alta e più bassa, poiché tutti allo stesso tempo non possono essere in uno stato inferiore. Ciò significa che in determinate condizioni (lamina sottile), molto raramente l'uscita dell'elettrone da un metallo verrà osservata anche a temperature estremamente basse. Pertanto, un valore vicino allo zero assoluto può essere considerato il limite inferiore della temperatura di emissione termoionica.
Dall'altro lato della scala di temperatura c'è la fusione dei metalli. Secondo i dati fisico-chimici, per tutti i materiali di questa classe questa caratteristica è diversa. In altre parole, non esistono metalli con lo stesso punto di fusione. In condizioni normali, il mercurio o il liquido passano dalla sua forma cristallina anche a meno trentanove gradi Celsius, mentre il tungsteno - a tre mila e mezzo.
Tuttavia, tutti questi limiti sono collegati da una cosa: il metallo cessa di essere un solido. Ciò significa che le leggi e gli effetti stanno cambiando. E dire che non vi è alcuna emissione termoionica nel fuso. Pertanto, il punto di fusione del metallo diventa il limite superiore di questo effetto.
Emissione termoelettronica sotto vuoto
Tutto quanto sopra si riferisce al fenomeno nel mezzo (ad esempio, nell'aria o in un gas inerte). Passiamo ora alla questione di cosa sia l'emissione termoionica nel vuoto. Per fare ciò, descriviamo il dispositivo più semplice. Una bacchetta di metallo sottile viene posizionata nel pallone da cui fu espulsa l'aria, a cui viene portato il polo negativo della sorgente corrente. Si noti che il materiale deve fondere a temperature sufficientemente elevate per non perdere la struttura cristallina durante l'esperimento. Il catodo così ottenuto è circondato da un cilindro di un altro metallo e un polo positivo è collegato ad esso. Naturalmente, l'anodo si trova anche in una nave piena di vuoto. Quando il circuito è chiuso, otteniamo la corrente di emissione termoionica.
È interessante notare che in queste condizioni, la dipendenza della corrente dalla tensione a una temperatura costante del catodo non obbedisce alla legge di Ohm, ma alla legge dei tre secondi. Prende anche il nome di Child (in altre versioni di Child-Langmuir e persino Child-Langmuir-Boguslavsky), e nella letteratura scientifica in lingua tedesca - dall'equazione di Schottky. Con un aumento della tensione in un tale sistema in un determinato momento, tutti gli elettroni estratti dal catodo raggiungono l'anodo. Questa si chiama corrente di saturazione. Sulla caratteristica corrente-tensione, ciò si esprime nel fatto che la curva arriva a un plateau e un ulteriore aumento della tensione non è efficace.
Formula di emissione termoionica
Queste sono le caratteristiche dell'emissione termoionica. La formula è piuttosto complessa, quindi non la daremo qui. Inoltre, è facile da trovare in qualsiasi directory. In generale, la formula di emissione termoionica non esiste in quanto tale; viene considerata solo la densità della corrente di saturazione. Questo valore dipende dal materiale (che determina la funzione di lavoro) e dalla temperatura termodinamica. Tutti gli altri componenti della formula sono costanti.
Sulla base dell'emissione termoionica, molti dispositivi funzionano. Ad esempio, vecchi televisori e monitor di grandi dimensioni si basano su questo effetto.
