Mūsdienās galvenā uzmanība tiek pievērsta termioniskajai emisijai. Tiek apskatīti efekta nosaukuma varianti, tā izpausme vidē un vakuumā. Tiek izmeklētas temperatūras robežas. Tiek noteikti termioniskās emisijas piesātinājuma strāvas blīvuma atkarīgie komponenti.
Termiskās emisijas efektu nosaukumi
Terminam "termioniskā emisija" ir citi nosaukumi. Ar zinātnieku vārdiem, kuri atklāja un pirmo reizi pētīja šo parādību, to definē kā Ričardsona efektu vai Edisona efektu. Tādējādi, ja cilvēks grāmatas tekstā sastopas ar šīm divām frāzēm, viņam jāatceras, ka tiek domāts viens un tas pats fiziskais termins. Neskaidrības izraisīja domstarpības starp pašmāju un ārvalstu autoru publikācijām. Padomju fiziķi centās likumiem sniegt skaidrojošas definīcijas.
Termins "termioniskā emisija" satur fenomena būtību. Persona, kas redz šo frāzi lapā, uzreiz saprot, ka mēs runājam par elektronu temperatūras emisiju, paliek tikai aizkulisēs, ka metālos tas notiek bez kļūmēm. Bet tam ir definīcijas, lai atklātu detaļas. Ārzemju zinātnē viņi ir ļoti jutīgi pret primitāti un autortiesībām. Tāpēc zinātnieks, kurš spēja kaut ko labot, saņem nominālu parādību, un nabadzīgiem studentiem patiesībā vajadzētu atcerēties atklājēju vārdus pēc sirds, nevis tikai efekta būtību.
Termioniskās emisijas noteikšana
Termioniskās emisijas parādība ir tāda, ka elektroni no metāliem iznāk augstā temperatūrā. Tādējādi karstais dzelzs, alva vai dzīvsudrabs ir šo elementāro daļiņu avots. Mehānisms ir balstīts uz faktu, ka metālos ir īpašs savienojums: pozitīvi lādētu kodolu kristāliskā režģis it kā ir kopīgs pamats visiem elektroniem, kas veido mākoņu struktūras iekšienē.
Tādējādi starp negatīvi lādētajām daļiņām, kas atrodas netālu no virsmas, vienmēr būs tādas, kurām ir pietiekami daudz enerģijas, lai atstātu tilpumu, tas ir, lai pārvarētu potenciālo barjeru.
Termiskās emisijas efekta temperatūra
Metāliskās saites dēļ jebkura metāla virsmas tuvumā būs elektroni, kuriem ir pietiekami daudz spēku, lai pārvarētu potenciālo izejas barjeru. Tomēr vienas un tās pašas enerģijas izkliedes dēļ viena daļiņa tik tikko atdalās no kristāliskās struktūras, bet otra noņem un pārvietojas noteiktā attālumā, jonizējot vidi ap to. Acīmredzot, jo vairāk kelvinu vidē ir, jo vairāk elektronu iegūst spēju atstāt metāla tilpumu. Tādējādi rodas jautājums par to, kāda ir termioniskās emisijas temperatūra. Atbilde nav vienkārša, un mēs apsvērsim šī efekta esamības apakšējās un augšējās robežas.
Termioniskās emisijas temperatūras robežas
Pozitīvo un negatīvo daļiņu savienojumam metālos ir vairākas pazīmes, starp kurām ir ļoti blīvs enerģijas sadalījums. Elektroni, kas ir fermioni, katrs aizņem savu enerģijas nišu (atšķirībā no bozoniem, kuri spēj būt visi vienā stāvoklī). Neskatoties uz to, atšķirība starp tām ir tik maza, ka spektru var uzskatīt par nepārtrauktu, nevis par diskrētu.
Tas, savukārt, noved pie liela elektronu stāvokļu blīvuma metālos.Tomēr pat ļoti zemā temperatūrā, tuvu absolūtai nullei (atcerieties, tas ir nulle Kelvina jeb apmēram mīnus divi simti septiņdesmit trīs grādi pēc Celsija), būs elektroni ar augstāku un zemāku enerģiju, jo visi tie vienlaikus nevar būt zemākā stāvoklī. Tas nozīmē, ka noteiktos apstākļos (plāna folija) ļoti reti elektronu izeja no metāla tiks novērota pat ārkārtīgi zemā temperatūrā. Tādējādi vērtību, kas tuva absolūtai nullei, var uzskatīt par termioniskās emisijas temperatūras zemāko robežu.
Temperatūras skalas otrā pusē ir metālu kausēšana. Saskaņā ar fizikāli ķīmiskajiem datiem visiem šīs klases materiāliem šī īpašība ir atšķirīga. Citiem vārdiem sakot, metāli ar vienādu kušanas temperatūru neeksistē. Normālos apstākļos dzīvsudrabs vai šķidrums iziet no kristāliskās formas pat pie mīnus trīsdesmit deviņiem grādiem pēc Celsija, bet volframs - pie trīsarpus tūkstošiem.
Tomēr visas šīs robežas saista viena lieta - metāls pārstāj būt ciets. Tas nozīmē, ka likumi un sekas mainās. Un teikt, ka kausē ir termiska emisija, nav nepieciešams. Tādējādi metāla kušanas temperatūra kļūst par šī efekta augšējo robežu.
Termoelektroniskā vakuuma emisija
Viss iepriekš minētais attiecas uz parādību vidē (piemēram, gaisā vai inertajā gāzē). Tagad mēs pievēršamies jautājumam par to, kas ir termioniskā emisija vakuumā. Lai to izdarītu, mēs aprakstam vienkāršāko ierīci. Kolbā, no kuras tika izsūknēts gaiss, ievieto plānu metāla stieni, uz kuru novirza strāvas avota negatīvo polu. Ņemiet vērā, ka materiālam jāizkausē pietiekami augstā temperatūrā, lai eksperimenta laikā nezaudētu kristālisko struktūru. Šādi iegūto katodu ieskauj cita metāla cilindrs, un tam ir pievienots pozitīvs pols. Dabiski, ka anods ir arī traukā, kas piepildīts ar vakuumu. Kad ķēde ir aizvērta, mēs iegūstam termiskās emisijas strāvu.
Jāatzīmē, ka šajos apstākļos strāvas atkarība no sprieguma nemainīgā katoda temperatūrā nepakļaujas Ohmas likumam, bet gan trīs sekunžu likumam. Viņu sauc arī par Bērnu (citās Child-Langmuir un pat Child-Langmuir-Boguslavsky versijās), bet vācu valodas zinātniskajā literatūrā - pēc Schottky vienādojuma. Palielinoties spriegumam šādā sistēmā noteiktā brīdī, visi no katoda izvilktie elektroni sasniedz anodu. To sauc par piesātinājuma strāvu. Par strāvas sprieguma raksturlielumu tas tiek izteikts faktā, ka līkne iet uz plato, un turpmāka sprieguma palielināšana nav efektīva.
Termiskās emisijas formula
Šīs ir termioniskās emisijas īpašības. Formula ir diezgan sarežģīta, tāpēc mēs to šeit nesniegsim. Turklāt to ir viegli atrast jebkurā direktorijā. Parasti termioniskās emisijas formula neeksistē, tiek ņemts vērā tikai piesātinājuma strāvas blīvums. Šī vērtība ir atkarīga no materiāla (kas nosaka darba funkciju) un termodinamiskās temperatūras. Visas pārējās formulas sastāvdaļas ir konstantes.
Pamatojoties uz termionisko emisiju, darbojas daudzas ierīces. Piemēram, vecie lielie televizori un monitori ir balstīti uz šo efektu.
