Tegenwoordig ligt de nadruk op thermionische emissie. Varianten van de naam van het effect, de manifestatie ervan in het medium en in vacuüm worden beschouwd. Temperatuurlimieten worden onderzocht. De afhankelijke componenten van de verzadigingsstroomdichtheid van thermionische emissie worden bepaald.
Namen van het effect van thermionische emissie
De term "thermionische emissie" heeft andere namen. Door de namen van wetenschappers die dit fenomeen hebben ontdekt en eerst hebben onderzocht, wordt het gedefinieerd als het Richardson-effect of het Edison-effect. Dus als een persoon deze twee zinnen tegenkomt in de tekst van een boek, moet hij onthouden dat dezelfde fysieke term wordt geïmpliceerd. De verwarring werd veroorzaakt door het verschil van mening tussen de publicaties van binnen- en buitenlandse auteurs. Sovjetfysici probeerden wetten verklarende definities te geven.
De term "thermionische emissie" bevat de essentie van het fenomeen. De persoon die deze zin op de pagina ziet, begrijpt onmiddellijk dat we het hebben over de temperatuuremissie van elektronen, blijft alleen achter de schermen, dat dit zonder falen gebeurt in metalen. Maar daarvoor zijn er definities om details te onthullen. In de buitenlandse wetenschap zijn ze erg gevoelig voor voorrang en auteursrechten. Daarom ontvangt een wetenschapper die iets kon repareren een nominaal fenomeen, en arme studenten moeten de namen van de ontdekkers eigenlijk uit hun hoofd onthouden, en niet alleen de essentie van het effect.
Bepaling van thermionische emissie
Het fenomeen van thermionische emissie is dat elektronen bij hoge temperatuur uit metalen komen. Aldus zijn verwarmd ijzer, tin of kwik de bron van deze elementaire deeltjes. Het mechanisme is gebaseerd op het feit dat er in metalen een speciale verbinding is: het kristalrooster van positief geladen kernen is als het ware een gemeenschappelijke basis voor alle elektronen die een wolk in de structuur vormen.
Dus onder de negatief geladen deeltjes die zich dichtbij het oppervlak bevinden, zullen er altijd degenen zijn die voldoende energie hebben om het volume te verlaten, dat wil zeggen om de potentiële barrière te overwinnen.
Thermionische emissie-effect temperatuur
Vanwege de metaalbinding zullen er elektronen in de buurt van het oppervlak van elk metaal zijn die voldoende krachten hebben om de potentiële uitgangsbarrière te overwinnen. Als gevolg van dezelfde energiedispersie breekt het ene deeltje echter nauwelijks weg van de kristallijne structuur, terwijl het andere opstijgt en een bepaalde afstand aflegt en het medium eromheen ioniseert. Het is duidelijk dat hoe meer Kelvin in het medium, hoe meer elektronen het vermogen krijgen om het volume van het metaal te verlaten. Aldus rijst de vraag wat de temperatuur van thermionische emissie is. Het antwoord is niet eenvoudig en we zullen de onder- en bovengrenzen van het bestaan van dit effect beschouwen.
Temperatuurlimieten van thermionische emissie
De verbinding van positieve en negatieve deeltjes in metalen heeft een aantal kenmerken, waaronder een zeer dichte verdeling van energieën. Elektronen, die fermionen zijn, bezetten elk hun eigen energieniche (in tegenstelling tot bosonen, die allemaal in één staat kunnen zijn). Desondanks is het verschil tussen hen zo klein dat het spectrum als continu kan worden beschouwd in plaats van discreet.
Op zijn beurt leidt dit tot een hoge dichtheid van elektronen in metalen.Zelfs bij zeer lage temperaturen, dicht bij het absolute nulpunt (weet u nog, dit is nul Kelvin, of ongeveer minus tweehonderd drieënzeventig graden Celsius), zullen er elektronen zijn met hogere en lagere energie, omdat ze allemaal niet in een lagere staat kunnen zijn. Dit betekent dat onder bepaalde omstandigheden (dunne folie) zeer zelden de elektronenuitgang van een metaal wordt waargenomen, zelfs bij extreem lage temperaturen. Aldus kan een waarde dicht bij absoluut nul worden beschouwd als de ondergrens van de temperatuur van thermionische emissie.
Aan de andere kant van de temperatuurschaal smelt metaal. Volgens fysicochemische gegevens is deze eigenschap voor alle materialen van deze klasse anders. Met andere woorden, metalen met hetzelfde smeltpunt bestaan niet. Onder normale omstandigheden komt kwik of vloeistof uit zijn kristallijne vorm, zelfs bij min negenendertig graden Celsius, terwijl wolfraam - bij drie en een half duizend.
Al deze grenzen hebben echter met één ding te maken - het metaal is niet langer een vaste stof. Dit betekent dat wetten en effecten veranderen. En om te zeggen dat er thermionische emissie in de smelt is, is niet nodig. Aldus wordt het smeltpunt van het metaal de bovengrens van dit effect.
Vacuüm Thermo-elektronische emissie
Al het bovenstaande verwijst naar het fenomeen in het medium (bijvoorbeeld in lucht of in een inert gas). Nu richten we ons op de vraag wat thermionische emissie in vacuüm is. Om dit te doen, beschrijven we het eenvoudigste apparaat. Een dunne staaf metaal wordt in de kolf geplaatst waaruit lucht werd gepompt, waarnaar de negatieve pool van de huidige bron wordt geleid. Merk op dat het materiaal bij voldoende hoge temperaturen moet smelten om de kristallijne structuur tijdens het experiment niet te verliezen. De aldus verkregen kathode is omgeven door een cilinder van een ander metaal en een positieve pool is daarmee verbonden. Natuurlijk bevindt de anode zich ook in een vat gevuld met vacuüm. Wanneer het circuit gesloten is, verkrijgen we de stroom van thermionische emissie.
Het is opmerkelijk dat onder deze omstandigheden de afhankelijkheid van de stroom van spanning bij een constante kathodetemperatuur niet voldoet aan de wet van Ohm, maar aan de wet van de drie seconden. Hij is ook vernoemd naar Child (in andere versies van Child-Langmuir en zelfs Child-Langmuir-Boguslavsky), en in de Duitstalige wetenschappelijke literatuur - door de Schottky-vergelijking. Met een toename van de spanning in een dergelijk systeem op een bepaald moment, bereiken alle uit de kathode getrokken elektronen de anode. Dit wordt de verzadigingsstroom genoemd. Bij de stroomspanningskarakteristiek komt dit tot uiting in het feit dat de curve naar een plateau gaat en een verdere toename van de spanning niet effectief is.
Thermionische emissieformule
Dit zijn de kenmerken die thermionische emissie heeft. De formule is vrij complex, dus we zullen het hier niet geven. Bovendien is het gemakkelijk te vinden in elke map. Over het algemeen bestaat de thermionische emissieformule niet als zodanig; alleen de verzadigingsstroomdichtheid wordt overwogen. Deze waarde is afhankelijk van het materiaal (dat de werkfunctie bepaalt) en de thermodynamische temperatuur. Alle andere componenten van de formule zijn constanten.
Op basis van thermionische emissie werken veel apparaten. Oude grote televisies en monitors zijn bijvoorbeeld op dit effect gebaseerd.
