Elektronų šaltiniai, elektronų spinduliuotės rūšys, jonizacijos priežastys

Norint suprasti ir paaiškinti elektroninių prietaisų veikimo principus, reikia atsakyti į tokį klausimą: kaip atskiriami elektronai, atsakysime šiame straipsnyje.

Remiantis šiuolaikine teorija, atomas susideda iš branduolio, kuris turi teigiamą krūvį ir koncentruoja savyje beveik visą atomo masę, ir neigiamai įkrautų elektronų, esančių aplink branduolį. Atomas kaip visuma yra elektriškai neutralus, todėl branduolio krūvis turi būti lygus aplinkinių elektronų krūviui.

Kadangi visos cheminės medžiagos yra sudarytos iš molekulių, o molekulės – iš atomų, bet kuri medžiaga, esanti kietoje, skystoje ar dujinėje būsenoje, yra potencialus elektronų šaltinis. Tiesą sakant, visos trys suminės medžiagos būsenos naudojamos techniniuose įrenginiuose kaip elektronų šaltinis.

Ypač svarbus elektronų šaltinis yra metalai, kurie dažniausiai tam naudojami vielų ar juostelių pavidalu.

Kyla klausimas: jei tokiame siūlelyje yra elektronų ir jei šie elektronai yra santykinai laisvi, tai yra, jie gali daugiau ar mažiau laisvai judėti metalo viduje (kad taip iš tikrųjų yra, esame įsitikinę, kad net ir labai mažas potencialų skirtumas, užteptas ant abiejų tokio gijos galų nukreipia elektronų srautą išilgai jo), tai kodėl elektronai neišskrenda iš metalo ir normaliomis sąlygomis nesudaro elektronų šaltinio? Paprastas atsakymas į šį klausimą gali būti pateiktas remiantis elementaria elektrostatinės teorijos pagrindu.

Tarkime, kad elektronai palieka metalą. Tada metalas turėtų įgyti teigiamą krūvį. Kadangi priešingų ženklų krūviai traukia vienas kitą, elektronai vėl bus pritraukti prie metalo, nebent koks nors išorinis poveikis to neleistų.

Yra keletas būdų, kaip metalo elektronams gali būti suteikta pakankamai energijos, kad jie paliktų metalą:

1. Termioninė spinduliuotė

Termioninė spinduliuotė yra elektronų emisija iš kaitinamųjų kūnų. Termioninė spinduliuotė buvo tiriama kietose medžiagose, ypač metaluose ir puslaidininkiuose, naudojant juos kaip elektroninių prietaisų ir šilumos į elektros keitiklių termokatodus.

Reiškinys, kai kūnai praranda neigiamą elektrą, kai jie įkaista iki aukštesnės nei baltos šilumos, buvo žinomas nuo XVIII amžiaus pabaigos. V. V. Petrovas (1812), Thomas Edisonas (1889) ir kiti nustatė nemažai kokybinių šio reiškinio dėsnių. Iki 1930-ųjų buvo nustatyti pagrindiniai analitiniai ryšiai tarp išspinduliuotų elektronų skaičiaus, kūno temperatūros ir darbo funkcijos.

Srovė, kuri teka per kaitrinį siūlą, kai jo galuose yra įtampa, kaitina siūlą. Kai metalo temperatūra yra pakankamai aukšta, elektronai paliks metalo paviršių ir pabėgs į aplinkinę erdvę.

Taip panaudotas metalas vadinamas termioniniu katodu, o elektronų išskyrimas tokiu būdu – termionine spinduliuote. Termioninę spinduliuotę sukeliantys procesai yra panašūs į molekulių išgarinimo nuo skysčio paviršiaus procesus.

Abiem atvejais reikia atlikti tam tikrą darbą Skysčio atveju šis darbas yra latentinė garavimo šiluma, lygi energijai, reikalingai vienam gramui medžiagos pakeisti iš skystos į dujinę.

Termioninės spinduliuotės atveju vadinamoji darbo funkcija yra minimali energija, reikalinga vienam elektronui išgarinti iš metalo. Vakuuminiai stiprintuvai, anksčiau naudoti radijo inžinerijoje, dažniausiai turėjo termioninius katodus.

2. Fotoemisija

Šviesai veikiant įvairių medžiagų paviršių taip pat išsiskiria elektronai. Šviesos energija naudojama medžiagos elektronams suteikti reikiamos papildomos energijos, kad jie galėtų palikti metalą.

Medžiaga, naudojama kaip elektronų šaltinis šiuo metodu, vadinama fotovoltiniu katodu, o elektronų atpalaidavimo procesas žinomas kaip fotovoltinės arba fotoelektroninės emisijos... Šis elektronų išlaisvinimo būdas yra elektrinės akies pagrindas. fotoelementas.

3. Antrinės emisijos

Kai dalelės (elektronai ar teigiami jonai) atsitrenkia į metalo paviršių, dalis šių dalelių kinetinės energijos arba visa jų kinetinė energija gali būti perduota vienam ar keliems metalo elektronams, dėl ko jos įgauna energijos, kurios pakaktų pasišalinti. metalas. Šis procesas vadinamas antrine elektronų emisija.

4. Autoelektroninės emisijos

Jei šalia metalo paviršiaus yra labai stiprus elektrinis laukas, jis gali atitraukti elektronus nuo metalo. Šis reiškinys vadinamas lauko emisija arba šalčio emisija.

Gyvsidabris yra vienintelis metalas, plačiai naudojamas kaip lauko emisijos katodas (senuosiuose gyvsidabrio lygintuvuose). Gyvsidabrio katodai leidžia pasiekti labai didelį srovės tankį ir konstruoti lygintuvus iki 3000 kW.

Elektronai taip pat gali išsiskirti iš dujinės medžiagos keliais būdais. Procesas, kurio metu atomas praranda elektroną, vadinamas jonizacija.… Atomas, praradęs elektroną, vadinamas teigiamu jonu.

Jonizacijos procesas gali vykti dėl šių priežasčių:

1. Elektroninis bombardavimas

Laisvasis elektronas dujomis užpildytoje lempoje dėl elektrinio lauko gali įgyti energijos, kurios pakaktų dujų molekulei ar atomui jonizuoti. Šis procesas gali turėti lavinos pobūdį, nes išmušus elektroną iš atomo, abu elektronai ateityje, susidūrę su dujų dalelėmis, gali išskirti naujus elektronus.

Pirminiai elektronai gali būti išlaisvinti iš kietosios medžiagos bet kuriuo iš aukščiau aptartų metodų, o kietosios medžiagos vaidmenį gali atlikti ir apvalkalas, kuriame yra dujos, ir bet kuris iš lempos viduje esančių elektrodų.Pirminius elektronus taip pat gali generuoti fotovoltinė spinduliuotė.

2. Fotoelektrinė jonizacija

Jei dujos yra veikiamos matomos arba nematomos spinduliuotės, tos spinduliuotės energijos gali pakakti (kai jas sugeria atomas), kad numuštų kai kuriuos elektronus. Šis mechanizmas vaidina svarbų vaidmenį tam tikrų tipų dujų išleidimo metu. Be to, dujose gali atsirasti fotoelektrinis efektas dėl sužadintų dalelių išmetimo iš pačių dujų.

3. Teigiamų jonų bombardavimas

Teigiamas jonas, atsitrenkęs į neutralią dujų molekulę, gali išleisti elektroną, kaip ir elektronų bombardavimo atveju.

4. Terminė jonizacija

Jei dujų temperatūra yra pakankamai aukšta, kai kurie elektronai, sudarantys jų molekules, gali įgyti pakankamai energijos, kad paliktų atomus, kuriems jie priklauso. Šis reiškinys panašus į metalo termoelektrinę spinduliuotę.Tokio tipo emisija vaidina svarbų vaidmenį tik esant galingam lankui esant aukštam slėgiui.

Svarbiausią vaidmenį atlieka dujų jonizacija dėl elektronų bombardavimo. Fotoelektrinė jonizacija yra svarbi kai kurių tipų dujų išlydžiams. Likę procesai yra mažiau svarbūs.

Dar palyginti neseniai įvairios konstrukcijos vakuuminiai įrenginiai buvo naudojami visur: ryšių technologijose (ypač radijo ryšio), radaruose, energetikoje, prietaisų gamyboje ir kt.

Elektrovakuuminių prietaisų naudojimas energetikos srityje susideda iš kintamosios srovės pavertimo nuolatine srove (rektifikacija), nuolatinės srovės pavertimu kintamąja (invertavimu), dažnio keitimu, elektros variklių greičio reguliavimu, automatiniu kintamosios srovės įtampos valdymu. ir nuolatinės srovės generatoriai, įjungiantys ir išjungiantys didelę elektros suvirinimo galią, apšvietimo valdymą.

Elektroniniai vamzdžiai – istorija, veikimo principas, dizainas ir taikymas

Naudojant spinduliuotės sąveiką su elektronais buvo sukurti fotoelementai ir dujų išlydžio šviesos šaltiniai: neoninės, gyvsidabrio ir fluorescencinės lempos. Elektroninis valdymas buvo itin svarbus teatro ir pramoninio apšvietimo sistemose.

Šiuo metu visuose šiuose procesuose naudojami puslaidininkiniai elektroniniai prietaisai ir jie naudojami apšvietimui LED technologija.