การปล่อยเทอร์โมอิเล็กทรอนิคส์: แนวคิดคุณสมบัติ การปล่อยเทอร์โมอิเล็กทรอนิกแบบสูญญากาศ

วันนี้มุ่งเน้นไปที่การปล่อยความร้อน ตัวแปรของชื่อของผลกระทบ, การรวมตัวของมันในสื่อและในสุญญากาศได้รับการพิจารณา มีการตรวจสอบขีด จำกัด อุณหภูมิ ส่วนประกอบที่ขึ้นกับความหนาแน่นกระแสความอิ่มตัวของการแผ่รังสีความร้อนจะถูกกำหนด

ชื่อของผลกระทบของการปล่อยความร้อน

คำว่า "การปล่อยความร้อน" มีชื่ออื่น โดยชื่อของนักวิทยาศาสตร์ที่ค้นพบและตรวจสอบปรากฏการณ์นี้เป็นครั้งแรกมันถูกนิยามว่าเป็นเอฟเฟกต์ริชาร์ดสันหรือเอดิสัน ดังนั้นหากคนพบสองวลีเหล่านี้ในข้อความของหนังสือเขาต้องจำไว้ว่าคำศัพท์ทางกายภาพเดียวกันนั้นส่อให้เห็น ความสับสนเกิดจากความขัดแย้งระหว่างสิ่งพิมพ์ของนักเขียนในประเทศและต่างประเทศ นักฟิสิกส์โซเวียตพยายามให้คำจำกัดความที่อธิบายกฎหมาย

คำว่า "การปล่อยความร้อน" ที่มีสาระสำคัญของปรากฏการณ์ คนที่เห็นวลีนี้ในหน้าเข้าใจทันทีว่าเรากำลังพูดถึงการปล่อยอุณหภูมิของอิเล็กตรอนเพียง แต่อยู่ด้านหลังฉากเท่านั้นซึ่งสิ่งนี้เกิดขึ้นโดยไม่ล้มเหลวในโลหะ แต่สำหรับสิ่งนั้นมีคำจำกัดความให้เปิดเผยรายละเอียด ในวิทยาศาสตร์ต่างประเทศพวกเขามีความอ่อนไหวต่อความเป็นเอกภาพและลิขสิทธิ์มาก ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์ที่สามารถแก้ไขบางสิ่งบางอย่างได้รับปรากฏการณ์เล็กน้อยและนักเรียนที่น่าสงสารควรจดจำชื่อของผู้ค้นพบด้วยใจจริง ๆ ไม่ใช่เพียงแค่สาระสำคัญของผลกระทบ

ความมุ่งมั่นของการปล่อยความร้อน

ปรากฏการณ์ของการปลดปล่อยความร้อนก็คืออิเล็กตรอนออกมาจากโลหะที่อุณหภูมิสูง ดังนั้นเหล็กอุ่นดีบุกหรือปรอทจึงเป็นที่มาของอนุภาคพื้นฐานเหล่านี้ กลไกนี้ตั้งอยู่บนพื้นฐานของความจริงที่ว่าในโลหะมีการเชื่อมต่อพิเศษ: ผลึกตาข่ายของนิวเคลียสที่มีประจุบวกคือมันเป็นพื้นฐานสำหรับอิเล็กตรอนทุกตัวที่ก่อตัวเป็นเมฆภายในโครงสร้าง

ดังนั้นในบรรดาอนุภาคที่มีประจุลบที่อยู่ใกล้พื้นผิวจะมีอนุภาคที่มีพลังงานเพียงพอที่จะออกจากปริมาตรนั่นคือเพื่อเอาชนะสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น

อุณหภูมิผลการปล่อยความร้อน

เนื่องจากพันธะโลหะจะมีอิเล็กตรอนใกล้ผิวโลหะใด ๆ ที่มีแรงเพียงพอที่จะเอาชนะสิ่งกีดขวางทางออกที่อาจเกิดขึ้น อย่างไรก็ตามเนื่องจากการกระจายตัวของพลังงานที่เหมือนกันอนุภาคหนึ่งจึงแทบจะแยกตัวออกจากโครงสร้างผลึกในขณะที่อีกอนุภาคหนึ่งจะหลุดออกและเดินทางในระยะทางที่แน่นอนทำให้เกิดไอออนกลางที่อยู่รอบ ๆ เห็นได้ชัดว่ายิ่งเคลวินอยู่ในสื่อมากเท่าไหร่อิเล็กตรอนก็ยิ่งมีความสามารถในการปล่อยปริมาตรของโลหะ ดังนั้นคำถามที่เกิดขึ้นคืออุณหภูมิของการปล่อยความร้อน คำตอบนั้นไม่ง่ายและเราจะพิจารณาขอบเขตล่างและบนของการมีอยู่ของเอฟเฟกต์นี้

ขีด จำกัด อุณหภูมิของการปล่อยความร้อน

การเชื่อมต่อของอนุภาคบวกและลบในโลหะมีคุณสมบัติหลายอย่างซึ่งมีการกระจายพลังงานที่หนาแน่นมาก อิเล็กตรอนซึ่งเป็นเฟอร์มิออนแต่ละตัวจะมีช่องพลังงานของตัวเอง (ต่างจาก bosons ซึ่งสามารถอยู่ในสถานะเดียว) อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ความแตกต่างระหว่างมันก็เล็กมากจนสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นคลื่นต่อเนื่องมากกว่าแยก

ในทางกลับกันสิ่งนี้นำไปสู่ความหนาแน่นสูงของสถานะของอิเล็กตรอนในโลหะอย่างไรก็ตามแม้ที่อุณหภูมิต่ำมากใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ (จำได้ว่านี่คือศูนย์เคลวินหรือประมาณลบสองร้อยเจ็ดสิบสามองศาเซลเซียส) จะมีอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงและต่ำกว่าเนื่องจากทั้งหมดในเวลาเดียวกันไม่สามารถอยู่ในสถานะที่ต่ำกว่า ซึ่งหมายความว่าภายใต้เงื่อนไขบางอย่าง (ฟอยล์บาง) แทบจะไม่สังเกตเห็นอิเล็กตรอนออกจากโลหะแม้ในอุณหภูมิต่ำมาก ดังนั้นค่าใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์สามารถพิจารณาขีด จำกัด ล่างของอุณหภูมิของการปล่อยความร้อน

ในอีกด้านหนึ่งของระดับอุณหภูมิคือการหลอมโลหะ ตามข้อมูลทางเคมีฟิสิกส์สำหรับวัสดุทั้งหมดของคลาสนี้คุณลักษณะนี้แตกต่างกัน กล่าวอีกนัยหนึ่งโลหะที่มีจุดหลอมเหลวเดียวกันไม่มีอยู่จริง ภายใต้สภาวะปกติปรอทหรือของเหลวจะผ่านจากรูปแบบของผลึกแม้ว่าจะอยู่ในอุณหภูมิลบสามสิบเอ็ดองศาเซลเซียสในขณะที่ทังสเตนนั้นมีค่าอยู่ที่สามและครึ่ง

อย่างไรก็ตามข้อ จำกัด เหล่านี้เกี่ยวข้องกับสิ่งหนึ่ง - โลหะสิ้นสุดสภาพเป็นของแข็ง ซึ่งหมายความว่ากฎหมายและผลกระทบมีการเปลี่ยนแปลง และจะบอกว่ามีการปล่อยความร้อนในการหลอมไม่จำเป็น ดังนั้นจุดหลอมเหลวของโลหะจึงกลายเป็นจุดสูงสุดของเอฟเฟกต์นี้

การปล่อยเทอร์โมอิเล็กทรอนิกแบบสูญญากาศ

ทั้งหมดข้างต้นหมายถึงปรากฏการณ์ในสื่อ (ตัวอย่างเช่นในอากาศหรือในก๊าซเฉื่อย) ตอนนี้เราหันไปถามว่าการปล่อยความร้อนในสุญญากาศคืออะไร ในการทำเช่นนี้เราจะอธิบายอุปกรณ์ที่ง่ายที่สุด แท่งโลหะบาง ๆ จะถูกวางไว้ในกระติกน้ำซึ่งมีการสูบลมออกไปซึ่งจะนำขั้วลบของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า โปรดทราบว่าวัสดุจะต้องละลายที่อุณหภูมิสูงเพียงพอเพื่อไม่ให้สูญเสียโครงสร้างผลึกในระหว่างการทดลอง แคโทดที่ได้รับจะถูกล้อมรอบด้วยกระบอกโลหะอีกอันหนึ่งและขั้วบวกก็เชื่อมต่อกับมัน โดยปกติแล้วขั้วบวกยังอยู่ในภาชนะที่เต็มไปด้วยสูญญากาศ เมื่อปิดวงจรเราจะได้รับกระแสของการปลดปล่อยความร้อน

เป็นที่น่าสังเกตว่าภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้การพึ่งพากระแสไฟฟ้าที่แรงดันไฟฟ้าที่อุณหภูมิคงที่ของแคโทดไม่ได้เป็นไปตามกฎของโอห์ม แต่เป็นกฎของสามวินาที เขายังได้รับการตั้งชื่อตามเด็ก (ในรุ่นอื่นของ Child-Langmuir และ Child-Langmuir-Boguslavsky) และในวรรณคดีวิทยาศาสตร์ทางภาษาเยอรมัน - โดยสมการ Schottky ด้วยการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าในระบบดังกล่าวในช่วงเวลาหนึ่งอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ดึงออกมาจากแคโทดจะไปถึงขั้วบวก สิ่งนี้เรียกว่ากระแสอิ่มตัว ในลักษณะของแรงดันไฟฟ้ากระแสไฟฟ้านี่แสดงให้เห็นในความจริงที่ว่าเส้นโค้งไปยังที่ราบสูงและแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นนั้นไม่มีประสิทธิภาพ

สูตรการปล่อยความร้อน

เหล่านี้เป็นคุณสมบัติที่มีการปล่อยความร้อน สูตรค่อนข้างซับซ้อนดังนั้นเราจะไม่ให้ที่นี่ นอกจากนี้ยังหาได้ง่ายในไดเรกทอรีใด ๆ โดยทั่วไปแล้วสูตรการปล่อยความร้อนจะไม่มีอยู่ดังนั้นจะพิจารณาเฉพาะความหนาแน่นกระแสอิ่มตัวเท่านั้น ค่านี้ขึ้นอยู่กับวัสดุ (ซึ่งกำหนดฟังก์ชั่นการทำงาน) และอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์ ส่วนประกอบอื่น ๆ ของสูตรคือค่าคงที่

บนพื้นฐานของการปลดปล่อยความร้อนอุปกรณ์จำนวนมากทำงาน ตัวอย่างเช่นโทรทัศน์ขนาดใหญ่และจอมอนิเตอร์รุ่นเก่าจะยึดตามเอฟเฟกต์นี้