Dzisiaj nacisk kładziony jest na emisję termionową. Rozważane są warianty nazwy efektu, jego manifestacji w medium i próżni. Limity temperatury są badane. Wyznacza się zależne składowe gęstości prądu nasycenia emisji termionowej.
Nazwy efektu emisji termionowej
Termin „emisja termionowa” ma inne nazwy. Nazwiska naukowców, którzy odkryli i zbadali to zjawisko, definiuje się jako efekt Richardsona lub efekt Edisona. Tak więc, jeśli ktoś napotka te dwa wyrażenia w tekście książki, musi pamiętać, że implikowany jest ten sam termin fizyczny. Zamieszanie było spowodowane nieporozumieniem między publikacjami autorów krajowych i zagranicznych. Radzieccy fizycy starali się podać prawa wyjaśniające definicje.
Termin „emisja termionowa” zawiera istotę tego zjawiska. Osoba, która widzi to zdanie na stronie, natychmiast rozumie, że mówimy o emisji temperaturowej elektronów, pozostaje tylko za kulisami, że dzieje się to bezbłędnie w metalach. Ale w tym celu istnieją definicje ujawniające szczegóły. W nauce zagranicznej są bardzo wrażliwi na prymat i prawa autorskie. Dlatego naukowiec, który był w stanie naprawić coś, otrzymuje nominalne zjawisko, a biedni studenci powinni zapamiętywać na pamięć nazwiska odkrywców, a nie tylko istotę efektu.
Oznaczanie emisji termionowej
Zjawisko emisji termionowej polega na tym, że elektrony wychodzą z metali w wysokiej temperaturze. Zatem ogrzane żelazo, cyna lub rtęć są źródłem tych cząstek elementarnych. Mechanizm opiera się na fakcie, że w metalach istnieje specjalne połączenie: sieć krystaliczna dodatnio naładowanych jąder jest niejako wspólną podstawą dla wszystkich elektronów, które tworzą chmurę wewnątrz struktury.
Zatem wśród ujemnie naładowanych cząstek, które znajdują się blisko powierzchni, zawsze znajdą się te, które mają wystarczająco dużo energii, aby opuścić objętość, to znaczy, aby pokonać potencjalną barierę.
Temperatura efektu termionowej emisji
Ze względu na wiązanie metaliczne w pobliżu powierzchni dowolnego metalu będą znajdować się elektrony, które będą miały wystarczające siły, aby pokonać potencjalną barierę wyjściową. Jednak z powodu tej samej dyspersji energii jedna cząsteczka ledwo odrywa się od struktury krystalicznej, a druga startuje i przebywa określoną odległość, jonizując otaczające ją medium. Oczywiście im więcej Kelvinów w ośrodku, tym więcej elektronów nabywa zdolność do opuszczania objętości metalu. Powstaje zatem pytanie, jaka jest temperatura emisji termionowej. Odpowiedź nie jest prosta i rozważymy dolną i górną granicę istnienia tego efektu.
Granice temperaturowe emisji termionowej
Połączenie dodatnich i ujemnych cząstek w metalach ma wiele cech, wśród których występuje bardzo gęsty rozkład energii. Elektrony, będące fermionami, zajmują swoją własną niszę energetyczną (w przeciwieństwie do bozonów, które mogą być w jednym stanie). Mimo to różnica między nimi jest tak mała, że widmo można uznać za ciągłe, a nie dyskretne.
To z kolei prowadzi do wysokiej gęstości stanów elektronów w metalach.Jednak nawet w bardzo niskich temperaturach, zbliżonych do zera absolutnego (przypomnijmy, że jest to zero Kelvina, czyli około minus dwieście siedemdziesiąt trzy stopnie Celsjusza), będą elektrony o wyższej i niższej energii, ponieważ wszystkie one jednocześnie nie mogą być w stanie niższym. Oznacza to, że w pewnych warunkach (cienka folia) bardzo rzadko wyjście elektronu z metalu będzie obserwowane nawet w ekstremalnie niskich temperaturach. Zatem wartość bliską zeru absolutnemu można uznać za dolną granicę temperatury emisji termionowej.
Po drugiej stronie skali temperatury topi się metal. Według danych fizykochemicznych dla wszystkich materiałów tej klasy ta cecha jest inna. Innymi słowy, metale o tej samej temperaturze topnienia nie istnieją. W normalnych warunkach rtęć lub ciecz przepływa z jej krystalicznej postaci nawet w temperaturze minus trzydzieści dziewięć stopni Celsjusza, a wolfram w trzech i pół tysiąca.
Jednak wszystkie te granice są powiązane jedną rzeczą - metal przestaje być ciałem stałym. Oznacza to, że prawa i skutki się zmieniają. Powiedzenie, że w stopie występuje emisja termionowa, nie jest konieczne. Zatem temperatura topnienia metalu staje się górną granicą tego efektu.
Emisja termoelektroniczna próżniowa
Wszystkie powyższe odnoszą się do zjawiska w ośrodku (na przykład w powietrzu lub w gazie obojętnym). Teraz przechodzimy do pytania, czym jest emisja termionowa w próżni. Aby to zrobić, opisujemy najprostsze urządzenie. Cienki pręt metalowy umieszcza się w kolbie, z której wypompowano powietrze, do której doprowadzany jest biegun ujemny źródła prądu. Należy zauważyć, że materiał musi stopić się w wystarczająco wysokich temperaturach, aby nie stracić struktury krystalicznej podczas eksperymentu. Tak otrzymana katoda jest otoczona cylindrem z innego metalu i jest do niej podłączony biegun dodatni. Oczywiście anoda znajduje się również w naczyniu wypełnionym próżnią. Gdy obwód jest zamknięty, uzyskujemy prąd emisji termionowej.
Warto zauważyć, że w tych warunkach zależność prądu od napięcia przy stałej temperaturze katody nie jest zgodna z prawem Ohma, ale z prawem trzech sekund. Jego imię nosi także Dziecko (w innych wersjach Child-Langmuir, a nawet Child-Langmuir-Boguslavsky), a także w niemieckojęzycznej literaturze naukowej - według równania Schottky'ego. Wraz ze wzrostem napięcia w takim układzie w pewnym momencie wszystkie elektrony wyciągnięte z katody docierają do anody. Nazywa się to prądem nasycenia. W przypadku charakterystyki prądowo-napięciowej wyraża się to tym, że krzywa dochodzi do plateau, a dalszy wzrost napięcia nie jest skuteczny.
Formuła emisji termionowej
Są to cechy emisji termionowej. Formuła jest dość złożona, więc nie podamy jej tutaj. Ponadto łatwo go znaleźć w dowolnym katalogu. Zasadniczo formuła emisji termionowej jako taka nie istnieje; brana jest pod uwagę tylko gęstość prądu nasycenia. Wartość ta zależy od materiału (który określa funkcję pracy) i temperatury termodynamicznej. Wszystkie pozostałe składniki formuły są stałymi.
Na podstawie emisji termionowej działa wiele urządzeń. Na przykład stare duże telewizory i monitory są oparte na tym efekcie.
