Šiandien didžiausias dėmesys skiriamas termioninei emisijai. Nagrinėjami efekto pavadinimo variantai, jo pasireiškimas terpėje ir vakuume. Tiriamos temperatūros ribos. Nustatomi termioninės emisijos soties srovės tankio priklausomi komponentai.
Termioninės emisijos poveikio pavadinimai
Terminas „termioninė emisija“ turi kitus pavadinimus. Pagal mokslininkų, kurie atrado ir pirmą kartą ištyrė šį reiškinį, vardai yra apibūdinami kaip Richardsono efektas arba Edisono efektas. Taigi, jei asmuo knygos tekste susiduria su šiomis dviem frazėmis, jis turi atsiminti, kad numanomas tas pats fizinis terminas. Sumaištį sukėlė nesutarimai tarp vietinių ir užsienio autorių publikacijų. Sovietų fizikai siekė įstatymams pateikti aiškinamuosius apibrėžimus.
Terminas „termioninė emisija“ apima reiškinio esmę. Žmogus, pamatęs šią frazę puslapyje, iškart supranta, kad mes kalbame apie elektronų skleidžiamą temperatūrą, tik lieka užkulisiuose, kad metalai taip nutinka. Bet tam yra apibrėžimai, kaip atskleisti detales. Užsienio moksle jie yra labai jautrūs viršenybei ir autorių teisėms. Todėl mokslininkas, sugebėjęs ką nors ištaisyti, gauna vardinį reiškinį, o neturtingi studentai iš tikrųjų turėtų įsiminti atradėjų vardus pagal širdį, o ne tik efekto esmę.
Termioninės emisijos nustatymas
Termioninės emisijos reiškinys yra tas, kad aukštoje temperatūroje elektronai išeina iš metalų. Taigi, šildoma geležis, alavas ar gyvsidabris yra šių elementariųjų dalelių šaltinis. Šis mechanizmas pagrįstas tuo, kad metaluose yra ypatingas ryšys: teigiamai įkrautų branduolių kristalinės gardelės yra tarsi pagrindas visiems elektronams, kurie struktūros viduje sudaro debesį.
Taigi tarp neigiamai įkrautų dalelių, esančių šalia paviršiaus, visada bus tokių, kurios turi pakankamai energijos išeiti iš tūrio, tai yra, kad įveiktų galimą barjerą.
Termioninės emisijos efekto temperatūra
Dėl metalo jungties prie bet kurio metalo paviršiaus bus elektronų, turinčių pakankamai jėgų įveikti galimą išėjimo barjerą. Tačiau dėl to paties energijos pasiskirstymo viena dalelė vos neatsiskiria nuo kristalinės struktūros, o kita ima ir nukelia tam tikru atstumu, jonizuodama aplink ją esančią terpę. Akivaizdu, kad kuo daugiau terpėje kelvinų, tuo daugiau elektronų įgyja galimybę palikti metalo tūrį. Taigi kyla klausimas, kokia yra termioninės emisijos temperatūra. Atsakymas nėra paprastas, ir mes apsvarstysime šio efekto egzistavimo apatinę ir viršutinę ribas.
Termioninės emisijos temperatūros ribos
Teigiamų ir neigiamų metalų dalelių ryšys turi keletą bruožų, tarp kurių yra labai tankus energijų pasiskirstymas. Elektronai, būdami fermentais, užima savo energijos nišą (skirtingai nuo bozonų, kurie sugeba būti visi vienoje būsenoje). Nepaisant to, skirtumas tarp jų yra toks mažas, kad spektrą galima laikyti tęstiniu, o ne atskiru.
Savo ruožtu tai lemia didelį metalų elektronų būsenų tankį.Tačiau net ir labai žemoje temperatūroje, artimoje absoliučiam nuliui (atminkite, tai yra nulis kelvinų, arba maždaug minus du šimtai septyniasdešimt trys laipsniai Celsijaus), bus elektronų, kurių energija didesnė ir mažesnė, nes visi jie tuo pačiu metu negali būti žemesnėje būsenoje. Tai reiškia, kad tam tikromis sąlygomis (plona folija) labai retai elektronų išėjimas iš metalo bus stebimas net esant labai žemai temperatūrai. Taigi reikšmė, artima absoliučiajam nuliui, gali būti laikoma žemiausia termioninės emisijos temperatūros riba.
Kitoje temperatūros skalės pusėje metalas tirpsta. Remiantis fizikiniais ir cheminiais duomenimis, šioms savybėms skiriasi šios klasės medžiagų savybės. Kitaip tariant, metalai, kurių lydymosi temperatūra yra ta pati, neegzistuoja. Normaliomis sąlygomis gyvsidabris ar skystis iš savo kristalinės formos praeina net esant minus trisdešimt devyniems laipsniams, o volframas - esant trims su puse tūkstančiui.
Tačiau visas šias ribas sieja vienas dalykas - metalas nustoja būti kietas. Tai reiškia, kad keičiasi įstatymai ir poveikis. Nereikia sakyti, kad lydyme yra termoelementas. Taigi metalo lydymosi temperatūra tampa viršutine šio efekto riba.
Vakuuminis termoelektroninis išmetimas
Visa tai, kas paminėta pirmiau, reiškia reiškinį terpėje (pavyzdžiui, ore ar inertinėse dujose). Dabar mes kreipiamės į klausimą, kas yra termioninė emisija vakuume. Norėdami tai padaryti, mes apibūdiname paprasčiausią įrenginį. Į kolbą, iš kurios buvo išsiurbtas oras, įdedamas plonas metalinis strypas, į kurį nukreipiamas neigiamas srovės šaltinio polius. Atkreipkite dėmesį, kad medžiaga turi ištirpti pakankamai aukštoje temperatūroje, kad eksperimento metu neprarastų kristalinės struktūros. Tokiu būdu gautas katodas yra apsuptas kito metalo cilindru ir prie jo yra prijungtas teigiamas polius. Natūralu, kad anodas taip pat yra inde, užpildytame vakuumu. Kai grandinė yra uždaryta, mes gauname termioninės emisijos srovę.
Pastebėtina, kad tokiomis sąlygomis srovės priklausomybė nuo įtampos esant pastoviai katodo temperatūrai paklūsta ne Ohmo, bet trijų antrųjų įstatymui. Jis taip pat pavadintas pagal Childą (kitose Child-Langmuir ir netgi Child-Langmuir-Boguslavsky versijose), o vokiečių kalba mokslinėje literatūroje - pagal Schottky lygtį. Padidėjus įtampai tokioje sistemoje tam tikru momentu, visi elektronai, ištraukti iš katodo, pasiekia anodą. Tai vadinama soties srove. Esant dabartinei įtampos charakteristikai, tai išreiškiama tuo, kad kreivė eina į plokščiakalnį, o tolesnis įtampos padidinimas nėra efektyvus.
Termioninės emisijos formulė
Tai yra termioninės emisijos savybės. Formulė yra gana sudėtinga, todėl mes jos čia nepateiksime. Be to, ją lengva rasti bet kuriame kataloge. Paprastai termioninės emisijos formulė neegzistuoja, atsižvelgiama tik į soties srovės tankį. Ši vertė priklauso nuo medžiagos (kuri lemia darbo funkciją) ir termodinaminės temperatūros. Visi kiti formulės komponentai yra konstantos.
Remiantis termionine emisija, veikia daugelis prietaisų. Pavyzdžiui, senas didelis televizorius ir monitorius yra pagrįstas šiuo efektu.
