Ngày nay, trọng tâm là phát xạ nhiệt. Các biến thể của tên của hiệu ứng, biểu hiện của nó trong môi trường và trong chân không được xem xét. Giới hạn nhiệt độ được nghiên cứu. Các thành phần phụ thuộc của mật độ dòng bão hòa của phát xạ nhiệt được xác định.
Tên của ảnh hưởng của phát xạ nhiệt
Thuật ngữ "phát xạ nhiệt" có tên khác. Theo tên của các nhà khoa học đã phát hiện và lần đầu tiên điều tra hiện tượng này, nó được định nghĩa là hiệu ứng Richardson hoặc hiệu ứng Edison. Do đó, nếu một người gặp hai cụm từ này trong văn bản của một cuốn sách, anh ta phải nhớ rằng thuật ngữ vật lý tương tự được ngụ ý. Sự nhầm lẫn được gây ra bởi sự bất đồng giữa các ấn phẩm của các tác giả trong và ngoài nước. Các nhà vật lý Liên Xô đã tìm cách đưa ra các định nghĩa giải thích luật.
Thuật ngữ "phát xạ nhiệt" chứa bản chất của hiện tượng. Người nhìn thấy cụm từ này trên trang ngay lập tức hiểu rằng chúng ta đang nói về sự phát xạ nhiệt độ của các điện tử, chỉ còn lại phía sau hậu trường, rằng điều này xảy ra mà không thất bại trong kim loại. Nhưng đối với điều đó, có định nghĩa để tiết lộ chi tiết. Trong khoa học nước ngoài, họ rất nhạy cảm với tính ưu việt và bản quyền. Do đó, một nhà khoa học có khả năng sửa chữa một cái gì đó nhận được một hiện tượng danh nghĩa, và những sinh viên nghèo thực sự nên ghi nhớ tên của những người khám phá bằng trái tim, và không chỉ là bản chất của hiệu ứng.
Xác định phát xạ nhiệt
Hiện tượng phát xạ nhiệt là các electron thoát ra khỏi kim loại ở nhiệt độ cao. Do đó, sắt nung, thiếc hoặc thủy ngân là nguồn gốc của các hạt cơ bản này. Cơ chế này dựa trên thực tế là trong các kim loại có một mối liên hệ đặc biệt: mạng tinh thể của các hạt nhân tích điện dương, vì nó là cơ sở chung cho tất cả các electron tạo thành một đám mây bên trong cấu trúc.
Do đó, trong số các hạt tích điện âm ở gần bề mặt, sẽ luôn có những hạt có đủ năng lượng để rời khỏi thể tích, nghĩa là vượt qua rào cản tiềm năng.
Nhiệt độ hiệu ứng phát xạ nhiệt
Do liên kết kim loại, sẽ có các electron ở gần bề mặt của bất kỳ kim loại nào có đủ lực để vượt qua rào cản thoát hiểm tiềm năng. Tuy nhiên, do sự phân tán năng lượng giống nhau, một hạt hầu như không tách khỏi cấu trúc tinh thể, trong khi hạt kia cất cánh và di chuyển một khoảng cách nhất định, làm ion hóa môi trường xung quanh nó. Rõ ràng, càng nhiều kelvin trong môi trường, càng nhiều electron thu được khả năng rời khỏi thể tích của kim loại. Vì vậy, câu hỏi đặt ra là nhiệt độ phát xạ nhiệt là gì. Câu trả lời là không đơn giản, và chúng tôi sẽ xem xét ranh giới dưới và trên của sự tồn tại của hiệu ứng này.
Giới hạn nhiệt độ của phát xạ nhiệt
Sự kết nối của các hạt dương và âm trong kim loại có một số tính năng, trong đó có sự phân bố năng lượng rất dày đặc. Các electron, là fermion, mỗi cái chiếm chỗ năng lượng riêng của chúng (không giống như boson, có thể có tất cả trong một trạng thái). Mặc dù vậy, sự khác biệt giữa chúng rất nhỏ đến mức phổ có thể được coi là liên tục, thay vì rời rạc.
Đổi lại, điều này dẫn đến mật độ cao của các trạng thái của electron trong kim loại.Tuy nhiên, ngay cả ở nhiệt độ rất thấp, gần bằng 0 tuyệt đối (nhớ lại, đây là 0 Kelvin, hoặc xấp xỉ hai trăm bảy mươi ba độ C), sẽ có các electron có năng lượng cao hơn và thấp hơn, vì tất cả chúng cùng lúc không thể ở trạng thái thấp hơn. Điều này có nghĩa là trong một số điều kiện nhất định (lá mỏng), rất hiếm khi sự thoát electron khỏi kim loại sẽ được quan sát ngay cả ở nhiệt độ cực thấp. Do đó, một giá trị gần bằng 0 tuyệt đối có thể được coi là giới hạn dưới của nhiệt độ phát xạ nhiệt.
Ở phía bên kia của thang đo nhiệt độ là sự nóng chảy kim loại. Theo dữ liệu hóa lý, đối với tất cả các vật liệu thuộc lớp này, đặc tính này là khác nhau. Nói cách khác, các kim loại có cùng điểm nóng chảy không tồn tại. Trong điều kiện bình thường, thủy ngân hoặc chất lỏng chuyển từ dạng tinh thể của nó ngay cả ở âm ba mươi chín độ C, trong khi vonfram - ở mức ba nghìn rưỡi.
Tuy nhiên, tất cả các giới hạn này có liên quan bởi một điều - kim loại không còn là chất rắn. Điều này có nghĩa là luật pháp và hiệu ứng đang thay đổi. Và để nói rằng có sự phát xạ nhiệt trong tan chảy là không cần thiết. Do đó, điểm nóng chảy của kim loại trở thành giới hạn trên của hiệu ứng này.
Chân không phát xạ nhiệt
Tất cả những điều trên đề cập đến hiện tượng trong môi trường (ví dụ, trong không khí hoặc trong khí trơ). Bây giờ chúng ta chuyển sang câu hỏi phát xạ nhiệt trong chân không là gì. Để làm điều này, chúng tôi mô tả các thiết bị đơn giản nhất. Một thanh kim loại mỏng được đặt trong bình mà không khí được bơm ra, từ đó cực âm của nguồn hiện tại được đưa vào. Lưu ý rằng vật liệu phải nóng chảy ở nhiệt độ đủ cao để không làm mất cấu trúc tinh thể trong quá trình thí nghiệm. Do đó, cực âm thu được được bao quanh bởi một hình trụ của một kim loại khác và một cực dương được nối với nó. Đương nhiên, cực dương cũng ở trong một bình chứa đầy chân không. Khi mạch được đóng lại, chúng ta thu được dòng phát xạ nhiệt.
Đáng chú ý là trong những điều kiện này, sự phụ thuộc của dòng điện vào điện áp ở nhiệt độ catốt không đổi không tuân theo định luật Ohm, mà là định luật của ba giây. Ông cũng được đặt theo tên của Child (trong các phiên bản khác của Child-Langmuir và thậm chí là Child-Langmuir-Boguslavsky), và trong tài liệu khoa học tiếng Đức - theo phương trình Schottky. Với sự gia tăng điện áp trong một hệ thống như vậy tại một thời điểm nhất định, tất cả các electron được kéo ra khỏi cực âm đều đạt cực dương. Đây được gọi là dòng bão hòa. Về đặc tính điện áp hiện tại, điều này được thể hiện trong thực tế là đường cong đi đến một cao nguyên, và việc tăng thêm điện áp là không hiệu quả.
Công thức phát xạ nhiệt
Đây là những tính năng mà phát xạ nhiệt có. Công thức khá phức tạp, vì vậy chúng tôi sẽ không cung cấp ở đây. Ngoài ra, nó rất dễ tìm thấy trong bất kỳ thư mục. Nói chung, công thức phát xạ nhiệt không tồn tại như vậy, chỉ xem xét mật độ dòng bão hòa. Giá trị này phụ thuộc vào vật liệu (xác định chức năng làm việc) và nhiệt độ nhiệt động. Tất cả các thành phần khác của công thức là hằng số.
Trên cơ sở phát xạ nhiệt, nhiều thiết bị hoạt động. Ví dụ, tivi lớn và màn hình cũ dựa trên hiệu ứng này.
