Idag fokuseras på termionutsläpp. Varianter av effektens namn, dess manifestation i mediet och i vakuum beaktas. Temperaturgränser undersöks. De beroende komponenterna i mättningsströmtätheten för termisk emission bestämmes.
Namn på effekten av termisk emission
Termen "termisk emission" har andra namn. Med namnen på forskare som upptäckte och först undersökte detta fenomen definieras det som Richardson-effekten eller Edison-effekten. Således, om en person möter dessa två fraser i texten i en bok, måste han komma ihåg att samma fysiska term är underförstått. Förvirringen orsakades av oenigheten mellan publikationer av inhemska och utländska författare. Sovjetiska fysiker försökte ge lagar förklarande definitioner.
Termen "termionisk emission" innehåller fenomenets essens. Personen som ser denna fras på sidan förstår omedelbart att vi talar om temperaturutsläpp för elektroner, förblir bara bakom kulisserna, att detta händer utan misslyckande i metaller. Men för det finns det definitioner för att avslöja detaljer. Inom utländsk vetenskap är de mycket känsliga för grund och copyright. Därför får en forskare som kunde fixa något ett nominellt fenomen, och fattiga studenter bör faktiskt memorera upptäckarnas namn utanför, och inte bara kärnan i effekten.
Bestämning av termisk emission
Fenomenet med termisk emission är att elektroner kommer ut av metaller vid hög temperatur. Således är uppvärmt järn, tenn eller kvicksilver källan till dessa elementära partiklar. Mekanismen är baserad på det faktum att i metaller finns det en speciell anslutning: kristallgitteret hos positivt laddade kärnor är, som det var, en vanlig bas för alla elektroner som bildar ett moln inuti strukturen.
Således, bland de negativt laddade partiklarna som är nära ytan, kommer det alltid att finnas de som har tillräckligt med energi för att lämna volymen, det vill säga för att övervinna den potentiella barriären.
Termionisk utsläppseffekt temperatur
På grund av den metalliska bindningen kommer det att finnas elektroner nära ytan på någon metall som har tillräckligt med krafter för att övervinna den potentiella utgångsbarriären. På grund av samma spridning av energier bryter emellertid en partikel knappt bort från den kristallina strukturen, medan den andra tar fart och reser ett visst avstånd och joniserar mediet runt det. Uppenbarligen, desto mer kelvin i mediet, desto fler elektroner får förmågan att lämna metallens volym. Således uppstår frågan om vad som är temperaturen för termisk emission. Svaret är inte enkelt, och vi kommer att överväga de nedre och övre gränserna för förekomsten av denna effekt.
Temperaturgränser för termisk emission
Anslutningen av positiva och negativa partiklar i metaller har ett antal funktioner, bland vilka det finns en mycket tät fördelning av energier. Elektroner, som är fermioner, upptar var sin egen energinisch (till skillnad från bosoner, som kan vara alla i ett tillstånd). Trots detta är skillnaden mellan dem så liten att spektrumet kan betraktas som kontinuerligt, snarare än diskret.
I sin tur leder detta till en hög densitet av tillstånd av elektroner i metaller.Men även vid mycket låga temperaturer, nära absolut noll (kom ihåg, detta är noll Kelvin, eller ungefär minus tvåhundra sjuttiotre grader Celsius), kommer det att finnas elektroner med högre och lägre energi, eftersom alla samtidigt inte kan vara i ett lägre tillstånd. Detta innebär att under vissa förhållanden (tunn folie) mycket sällan kommer elektronutloppet från en metall att observeras även vid extremt låga temperaturer. Således kan ett värde nära absolut noll betraktas som den nedre gränsen för temperaturen för termisk emission.
På den andra sidan av temperaturskalan är metallsmältning. Enligt fysikokemiska data är denna egenskap för alla material i denna klass annorlunda. Med andra ord, metaller med samma smältpunkt finns inte. Under normala förhållanden passerar kvicksilver eller vätska från sin kristallina form redan vid minus trettio-grader Celsius, medan volfram - på tre och ett halvt tusen.
Men alla dessa gränser är relaterade till en sak - metallen upphör att vara ett fast material. Detta innebär att lagar och effekter förändras. Och att säga att det finns termionutsläpp i smältan är inte nödvändigt. Således blir metallens smältpunkt den övre gränsen för denna effekt.
Vakuum termoelektronisk emission
Allt ovan hänvisar till fenomenet i mediet (till exempel i luft eller i en inert gas). Nu vänder vi oss till frågan om vad som är termionutsläpp i vakuum. För att göra detta, beskriver vi den enklaste enheten. En tunn metallstång placeras i kolven från vilken luft pumpades ut, till vilken den aktuella källans negativa pol förs. Observera att materialet måste smälta vid tillräckligt höga temperaturer för att inte förlora den kristallina strukturen under experimentet. Den således erhållna katoden omges av en cylinder av en annan metall och en positiv pol är ansluten till den. Naturligtvis är anoden också i ett kärl fylld med vakuum. När kretsen är stängd, får vi strömmen för termisk emission.
Det är anmärkningsvärt att under dessa förhållanden inte strömmens beroende av spänning vid en konstant katodtemperatur inte följer Ohms lag, utan lagen för de tre andra. Han är också uppkallad efter Child (i andra versioner av Child-Langmuir och till och med Child-Langmuir-Boguslavsky) och i den tyskspråkiga vetenskapliga litteraturen - av Schottky-ekvationen. Med en ökning av spänningen i ett sådant system vid ett visst ögonblick når alla elektroner som dras ut ur katoden anoden. Detta kallas mättningsström. På strömspänningskarakteristiken uttrycks detta i det faktum att kurvan går till en platå, och en ytterligare ökning av spänningen är inte effektiv.
Formel för termisk emission
Dessa är de funktioner som termisk emission har. Formeln är ganska komplex, så vi kommer inte att ge den här. Dessutom är det lätt att hitta i valfri katalog. I allmänhet existerar den termiska emissionsformeln inte som sådan, endast mättnadsströmtätheten beaktas. Detta värde beror på materialet (som bestämmer arbetsfunktionen) och den termodynamiska temperaturen. Alla andra komponenter i formeln är konstanter.
På basis av termisk emission fungerar många enheter. Till exempel är gamla stora tv-apparater och bildskärmar baserade på denna effekt.
