I dag er der fokus på termionemission. Varianter af navnet på effekten, dens manifestation i mediet og i vakuum overvejes. Temperaturgrænser undersøges. De afhængige komponenter i mættestrømtætheden ved termionemission bestemmes.
Navne på effekten af termionemission
Udtrykket "termionisk emission" har andre navne. Under navnene på forskere, der opdagede og først undersøgte dette fænomen, defineres det som Richardson-effekten eller Edison-effekten. Så hvis en person støder på disse to sætninger i teksten i en bog, skal han huske, at det samme fysiske udtryk antydes. Forvirringen blev forårsaget af uenigheden mellem publikationer fra indenlandske og udenlandske forfattere. Sovjetiske fysikere forsøgte at give love forklarende definitioner.
Udtrykket "termionisk emission" indeholder essensen af fænomenet. Den person, der ser denne sætning på siden, forstår straks, at vi taler om temperaturemissionen for elektroner, forbliver kun bag kulisserne, at dette sker uden fejl i metaller. Men for det er der definitioner, der afslører detaljer. I udenlandsk videnskab er de meget følsomme over for forrang og ophavsret. Derfor får en videnskabsmand, der var i stand til at ordne noget, et nominelt fænomen, og fattige studerende skulle faktisk huske opdagernes navne udefra og ikke kun essensen af effekten.
Bestemmelse af termionemission
Fænomenet termisk emission er, at elektroner kommer ud af metaller ved høj temperatur. Således er opvarmet jern, tin eller kviksølv kilden til disse elementære partikler. Mekanismen er baseret på det faktum, at der i metaller er en særlig forbindelse: krystalgitteret i positivt ladede kerner er som sådan et fælles grundlag for alle de elektroner, der danner en sky inde i strukturen.
Blandt de negativt ladede partikler, der er nær overfladen, vil der altid være dem, der har energi nok til at forlade volumen, det vil sige for at overvinde den potentielle barriere.
Termionisk emissionstemperatur
På grund af den metalliske binding vil der være elektroner nær overfladen af ethvert metal, der har nok kræfter til at overvinde den potentielle udgangsbarriere. På grund af den samme spredning af energier bryder den ene partikel imidlertid næppe væk fra den krystallinske struktur, mens den anden starter og rejser en vis afstand, idet det ioniserer mediet omkring det. Naturligvis, jo mere kelvin i mediet, jo flere elektroner får evnen til at forlade metalets volumen. Således opstår spørgsmålet om, hvad der er temperaturen i termionisk emission. Svaret er ikke enkelt, og vi vil overveje de nedre og øvre grænser for eksistensen af denne effekt.
Temperaturgrænser for termionemission
Forbindelsen af positive og negative partikler i metaller har en række funktioner, blandt hvilke der er en meget tæt fordeling af energier. Elektroner, der er fermioner, besætter hver deres egen energiniche (i modsætning til bosoner, der er i stand til at være alle i én tilstand). På trods af dette er forskellen mellem dem så lille, at spektret kan betragtes som kontinuerlig snarere end diskret.
Dette fører igen til en høj massefylde af tilstande af elektroner i metaller.Selv ved meget lave temperaturer, tæt på absolut nul (husk, dette er nul Kelvin, eller cirka minus to hundrede 75 grader), vil der være elektroner med højere og lavere energi, da alle på samme tid ikke kan være i en lavere tilstand. Dette betyder, at under visse betingelser (tynd folie) meget sjældent observeres elektronudgangen fra et metal, selv ved ekstremt lave temperaturer. Således kan en værdi tæt på absolut nul betragtes som den nedre grænse for temperaturen for termionisk emission.
På den anden side af temperaturskalaen er metalsmeltning. I henhold til fysisk-kemiske data er denne egenskab forskellig for alle materialer i denne klasse. Med andre ord findes metaller med samme smeltepunkt ikke. Under normale forhold passerer kviksølv eller væske fra dens krystallinske form allerede ved minus nioggraderi grader, mens wolfram - ved tre og et halvt tusinde.
Imidlertid er alle disse grænser forbundet med en ting - metallet ophører med at være et fast stof. Dette betyder, at love og virkninger ændrer sig. Og at sige, at der er termionemission i smelten, er ikke nødvendigt. Således bliver metalets smeltepunkt den øvre grænse for denne effekt.
Vakuum termoelektronisk emission
Alt det ovenstående henviser til fænomenet i mediet (for eksempel i luft eller i en inert gas). Nu vender vi os til spørgsmålet om, hvad der er termionemission i vakuum. For at gøre dette beskriver vi den enkleste enhed. En tynd metalstang anbringes i kolben, hvorfra luft blev pumpet ud, til hvilken den aktuelle kildes negative pol bringes. Bemærk, at materialet skal smelte ved tilstrækkelig høje temperaturer for ikke at miste den krystallinske struktur under eksperimentet. Den således opnåede katode er omgivet af en cylinder af et andet metal, og en positiv pol er forbundet til den. Naturligvis er anoden også i et kar fyldt med vakuum. Når kredsløbet er lukket, får vi strømmen til termionemission.
Det er bemærkelsesværdigt, at afhængigheden af strømmen ved spænding ved en konstant katodetemperatur under disse forhold ikke overholder Ohms lov, men loven for de tre sekunders. Han er også opkaldt efter Child (i andre versioner af Child-Langmuir og endda Child-Langmuir-Boguslavsky) og i den tysksprogede videnskabelige litteratur - efter Schottky-ligningen. Med en stigning i spænding i et sådant system på et bestemt øjeblik når alle elektroner, der trækkes ud af katoden, anoden. Dette kaldes mætningsstrømmen. På strømspændingskarakteristikken udtrykkes dette i det faktum, at kurven går til et plateau, og en yderligere stigning i spænding er ikke effektiv.
Formion for termisk emission
Dette er de funktioner, der har termisk emission. Formlen er ret kompliceret, så vi vil ikke give den her. Derudover er det let at finde i ethvert bibliotek. Generelt findes den termioniske emissionsformel ikke som sådan; kun mætningstrømtætheden tages i betragtning. Denne værdi afhænger af materialet (som bestemmer arbejdsfunktionen) og den termodynamiske temperatur. Alle andre komponenter med formlen er konstanter.
På grundlag af termionemission fungerer mange enheder. For eksempel er gamle store fjernsyn og skærme baseret på denne effekt.
