Hoje o foco está na emissão termiônica. As variantes do nome do efeito, a sua manifestação no meio e no vácuo consideram-se. Os limites de temperatura são investigados. Os componentes dependentes da densidade de corrente de saturação da emissão termiônica são determinados.
Nomes do efeito da emissão termiônica
O termo "emissão termiônica" tem outros nomes. Pelos nomes dos cientistas que descobriram e investigaram pela primeira vez esse fenômeno, ele é definido como o efeito Richardson ou o efeito Edison. Assim, se uma pessoa encontrar essas duas frases no texto de um livro, ele deve lembrar que o mesmo termo físico está implícito. A confusão foi causada pelo desacordo entre as publicações de autores nacionais e estrangeiros. Os físicos soviéticos procuravam dar definições explicativas às leis.
O termo "emissão termiônica" contém a essência do fenômeno. A pessoa que vê essa frase na página imediatamente entende que estamos falando sobre a emissão de temperatura dos elétrons, só permanece nos bastidores, que isso acontece sem falhas nos metais. Mas para isso, existem definições para revelar detalhes. Na ciência estrangeira, eles são muito sensíveis ao primado e ao copyright. Portanto, um cientista que foi capaz de consertar algo recebe um fenômeno nominal, e os alunos pobres devem, de fato, memorizar os nomes dos descobridores de cor, e não apenas a essência do efeito.
Determinação de emissão termiônica
O fenômeno da emissão termiônica é que os elétrons saem dos metais em alta temperatura. Assim, ferro aquecido, estanho ou mercúrio são a fonte dessas partículas elementares. O mecanismo é baseado no fato de que nos metais há uma conexão especial: a rede cristalina de núcleos carregados positivamente é, por assim dizer, uma base comum para todos os elétrons que formam uma nuvem dentro da estrutura.
Assim, entre as partículas carregadas negativamente próximas à superfície, sempre haverá aquelas que têm energia suficiente para deixar o volume, isto é, para superar a barreira potencial.
Temperatura do efeito de emissão termiônica
Devido à ligação metálica, haverá elétrons próximos à superfície de qualquer metal que tenha forças suficientes para superar a possível barreira de saída. No entanto, devido à mesma dispersão de energias, uma partícula rompe com dificuldade a estrutura cristalina, enquanto a outra decola e percorre uma certa distância, ionizando o meio ao seu redor. Obviamente, quanto mais kelvin no meio, mais elétrons adquirem a capacidade de deixar o volume do metal. Assim, surge a questão de qual é a temperatura da emissão termiônica. A resposta não é simples e consideraremos os limites inferior e superior da existência desse efeito.
Limites de temperatura de emissão termiônica
A conexão de partículas positivas e negativas em metais tem várias características, entre as quais há uma distribuição muito densa de energias. Os elétrons, sendo férmions, ocupam cada um o seu próprio nicho de energia (ao contrário dos bósons, que são capazes de estar todos em um estado). Apesar disso, a diferença entre eles é tão pequena que o espectro pode ser considerado contínuo, em vez de discreto.
Por sua vez, isso leva a uma alta densidade de estados de elétrons em metais.Entretanto, mesmo em temperaturas muito baixas, próximas ao zero absoluto (lembre-se, isto é zero Kelvin, ou cerca de menos duzentos e setenta e três graus Celsius), haverá elétrons com energia maior e menor, já que todos eles ao mesmo tempo não podem estar no estado inferior. Isso significa que, sob certas condições (folha fina), muito raramente a saída de elétrons de um metal será observada mesmo em temperaturas extremamente baixas. Assim, um valor próximo do zero absoluto pode ser considerado o limite inferior da temperatura de emissão termiônica.
Do outro lado da escala de temperatura está o derretimento do metal. De acordo com dados físico-químicos, para todos os materiais desta classe esta característica é diferente. Em outras palavras, metais com o mesmo ponto de fusão não existem. Em condições normais, o mercúrio ou líquido passa de sua forma cristalina mesmo a menos de trinta e nove graus Celsius, enquanto o tungstênio - três e meio mil.
No entanto, todos esses limites são relacionados por uma coisa - o metal deixa de ser sólido. Isso significa que leis e efeitos estão mudando. E dizer que há emissão termiônica no derretimento não é necessário. Assim, o ponto de fusão do metal torna-se o limite superior desse efeito.
Emissão Termoeletrônica a Vácuo
Todos os itens acima se referem ao fenômeno no meio (por exemplo, no ar ou em um gás inerte). Agora nos voltamos para a questão do que é a emissão termiônica no vácuo. Para fazer isso, descrevemos o dispositivo mais simples. Uma fina haste de metal é colocada no frasco do qual o ar foi bombeado, para o qual o pólo negativo da fonte de corrente é trazido. Note que o material deve derreter a temperaturas suficientemente altas para não perder a estrutura cristalina durante o experimento. O cátodo assim obtido é circundado por um cilindro de outro metal e um pólo positivo é conectado a ele. Naturalmente, o ânodo também está em um vaso cheio de vácuo. Quando o circuito é fechado, obtemos a corrente de emissão termiônica.
Vale ressaltar que, sob essas condições, a dependência da corrente em relação à tensão a uma temperatura constante do cátodo não obedece à lei de Ohm, mas à lei dos três segundos. Ele também é nomeado após Child (em outras versões de Child-Langmuir e até Child-Langmuir-Boguslavsky), e na literatura científica de língua alemã - pela equação de Schottky. Com um aumento na voltagem em tal sistema em um determinado momento, todos os elétrons retirados do catodo alcançam o ânodo. Isso é chamado de corrente de saturação. Na característica corrente-voltagem, isto é expresso no fato de que a curva vai para um platô, e um aumento adicional na voltagem não é efetivo.
Fórmula de Emissão Termiônica
Estas são as características que a emissão termiônica tem. A fórmula é bastante complexa, por isso não vamos dar aqui. Além disso, é fácil encontrar em qualquer diretório. Em geral, a fórmula de emissão termiônica não existe como tal, apenas a densidade de corrente de saturação é considerada. Este valor depende do material (que determina a função de trabalho) e da temperatura termodinâmica. Todos os outros componentes da fórmula são constantes.
Com base na emissão termiônica, muitos dispositivos funcionam. Por exemplo, grandes televisores e monitores antigos são baseados nesse efeito.
