כיום המוקד הוא בפליטה תרמית. שוקלים וריאנטים של שם האפקט, ביטויו במדיום ובוואקום. נבדקות גבולות טמפרטורה. נקבעים המרכיבים התלויים בצפיפות זרם הרוויה של פליטה תרמית.
שמות ההשפעה של פליטה תרמית
למונח "פליטה תרמית" יש שמות אחרים. בשמות המדענים שגילו ותחקרו לראשונה תופעה זו, היא מוגדרת כאפקט ריצ'רדסון או אפקט אדיסון. לפיכך, אם אדם נתקל בשני הביטויים הללו בטקסט של ספר, עליו לזכור שאותו מונח פיזי משתמע. הבלבול נגרם בגלל המחלוקת בין פרסומיהם של סופרים מקומיים וזרים. פיזיקאים סובייטים ביקשו לתת לחוקים הגדרות הסבר.
המונח "פליטה תרמיונית" מכיל את תמצית התופעה. האדם שרואה את הביטוי הזה בדף מבין מיד שאנחנו מדברים על פליטת הטמפרטורה של אלקטרונים, נשאר רק מאחורי הקלעים, שזה קורה בלי להיכשל במתכות. אבל לשם כך, ישנן הגדרות לחשיפת פרטים. במדע זר הם רגישים מאוד לקדימות וזכויות יוצרים. לכן מדען שהצליח לתקן משהו מקבל תופעה נומינלית, ותלמידים עניים צריכים למעשה לשנן בעל פה את שמות המגלים ולא רק את מהות האפקט.
קביעת פליטה תרמית
התופעה של פליטה תרמית היא שהאלקטרונים יוצאים ממתכות בטמפרטורה גבוהה. לפיכך, ברזל מחומם, פח או כספית הם המקור לחלקיקים אלמנטריים אלה. המנגנון מבוסס על העובדה שבמתכות יש קשר מיוחד: סריג הגבישים של גרעינים טעונים חיובי הוא, כביכול, בסיס נפוץ לכל האלקטרונים היוצרים ענן בתוך המבנה.
כך, בין החלקיקים הטעונים לשלילה שנמצאים בקרבת פני השטח, תמיד יהיו כאלה שיש להם מספיק אנרגיה כדי להשאיר את הנפח, כלומר כדי להתגבר על המחסום הפוטנציאלי.
טמפרטורת אפקט פליטה תרמית
בגלל הקשר המתכתי, יהיו אלקטרונים ליד פני השטח של כל מתכת שיש לה מספיק כוחות כדי להתגבר על מחסום היציאה הפוטנציאלי. עם זאת, בגלל אותה פיזור של אנרגיות, חלקיק אחד בקושי מתנתק מהמבנה הגבישי, ואילו השני ממריא ונוסע למרחק מסוים, מיינן את המדיום סביבו. ברור שככל שהקלווין במדיום גדול יותר, כך האלקטרונים רוכשים יותר את היכולת להשאיר את נפח המתכת. כך נשאלת השאלה מה הטמפרטורה של פליטה תרמית. התשובה אינה פשוטה, ונשקול את הגבולות התחתונים והעליונים של קיום השפעה זו.
גבולות טמפרטורה של פליטה תרמית
לחיבור של חלקיקים חיוביים ושליליים במתכות יש מספר מאפיינים, ביניהם קיימת התפלגות צפופה מאוד של אנרגיות. אלקטרונים, בהיותם פרמיונים, תופסים כל אחד את נישת האנרגיה שלהם (בניגוד לבוזונים, המסוגלים להיות כולם במצב אחד). למרות זאת, ההבדל ביניהם הוא כה קטן עד כי אפשר לראות את הספקטרום מתמשך, ולא בדיד.
בתורו, זה מוביל לצפיפות גבוהה של מצבים של אלקטרונים במתכות.עם זאת, אפילו בטמפרטורות נמוכות מאוד, קרוב לאפס מוחלט (כזכור, זהו אפס קלווין, או בערך מינוס מאתיים שבעים ושלוש מעלות צלזיוס), יהיו אלקטרונים עם אנרגיה גבוהה ונמוכה יותר, מכיוון שכולם בו זמנית לא יכולים להיות במצב נמוך יותר. המשמעות היא שבתנאים מסוימים (נייר כסף דק), לעיתים רחוקות מאוד נצפה יציאת האלקטרונים ממתכת אפילו בטמפרטורות נמוכות במיוחד. לפיכך, ערך קרוב לאפס מוחלט יכול להיחשב כגבול התחתון של הטמפרטורה של פליטה תרמית.
בצד השני של סולם הטמפרטורות נמס מתכת. על פי נתונים פיזיקו-כימיים, עבור כל החומרים בכיתה זו מאפיין זה שונה. במילים אחרות, מתכות עם אותה נקודת התכה אינן קיימות. בתנאים רגילים, כספית או נוזל עוברים מצורתם הגבישית אפילו במינוס שלושים ותשע מעלות צלזיוס, ואילו טונגסטן - בשלוש וחצי אלף.
עם זאת, כל המגבלות הללו קשורות לדבר אחד - המתכת חדלה להיות מוצקה. המשמעות היא שהחוקים וההשפעות משתנים. ולומר שיש פליטה תרמית בממסה אינה הכרחית. לפיכך, נקודת ההיתוך של המתכת הופכת לגבול העליון של אפקט זה.
פליטה תרמו אלקטרונית ואקום
כל האמור לעיל מתייחס לתופעה במדיום (למשל באוויר או בגז אינרטי). כעת אנו פונים לשאלה מהי פליטה תרמית בוואקום. לשם כך אנו מתארים את המכשיר הפשוט ביותר. מוט מתכת עשוי להציב בבקבוק שממנו נשאב אוויר, אליו מובא הקוטב השלילי של המקור הנוכחי. שימו לב כי על החומר להמיס בטמפרטורות גבוהות מספיק כדי לא לאבד את המבנה הגבישי במהלך הניסוי. הקתודה המתקבלת בכך מוקפת גליל של מתכת אחרת וקוטב חיובי מחובר אליו. באופן טבעי, האנודה נמצאת גם בכלי מלא בוואקום. כאשר המעגל סגור, אנו משיגים את הזרם של פליטה תרמית.
ראוי לציין כי בתנאים אלה, התלות של הזרם במתח בטמפרטורת קתודה קבועה אינה מצייתת לחוק של אוהם, אלא לחוק של שלוש השניות. הוא נקרא גם על שמו של צ'ילד (בגרסאות אחרות של צ'ילד-לאנגמואר ואפילו צ'ילד-לנגמיר-בוגוסלבסקי), ובספרות המדעית בשפה הגרמנית - על ידי משוואת שוטקי. עם עליית מתח במערכת כזו ברגע מסוים, כל האלקטרונים שנשלפו מהקתודה מגיעים לאנודה. זה נקרא זרם הרוויה. במאפיין המתח הנוכחי הדבר מתבטא בכך שהעקומה עוברת לרמה, ועלייה נוספת במתח אינה יעילה.
נוסחת פליטה תרמית
אלה הם התכונות שיש לפליטה תרמית. הנוסחה מורכבת למדי, לכן לא ניתן אותה כאן. בנוסף, קל למצוא בכל ספריה. ככלל, נוסחת הפליטה התרמית אינה קיימת ככזו, אלא רק מתחשב בצפיפות זרם הרוויה. ערך זה תלוי בחומר (שקובע את פונקציית העבודה) ובטמפרטורה התרמודינמית. כל שאר המרכיבים בפורמולה הם קבועים.
על בסיס פליטה תרמית, מכשירים רבים עובדים. לדוגמה, טלוויזיות ומוניטורים גדולים ישנים מבוססים על השפעה זו.
