-->
|
|
|
Ãëàâà 3. Ýëåêòðè÷åñêèé òîê â ðàçëè÷íûõ ñðåäàõ § 3.11. Ýëåêòðè÷åñêèé òîê â âàêóóìå
Êîãäà ãîâîðÿò îá ýëåêòðè÷åñêîì òîêå â âàêóóìå, òî èìåþò â âèäó òàêóþ ñòåïåíü ðàçðåæåíèÿ ãàçà, ïðè êîòîðîé ìîæíî ïðåíåáðå÷ü ñîóäàðåíèÿìè ìåæäó åãî ìîëåêóëàìè.  ýòîì ñëó÷àå ñðåäíÿÿ äëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà ìîëåêóë áîëüøå ðàçìåðîâ ñîñóäà.
Òàêîé ðàçðåæåííûé ãàç ÿâëÿåòñÿ èçîëÿòîðîì, òàê êàê â íåì íåò (èëè ïî÷òè íåò) ñâîáîäíûõ çàðÿæåííûõ ÷àñòèö — íîñèòåëåé ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà. Íà ðèñóíêå 3.27 èçîáðàæåíà ñõåìà öåïè, ñîäåðæàùåé ñîñóä, èç êîòîðîãî îòêà÷àí âîçäóõ.  ýòîò ñîñóä âïàÿíû äâà ýëåêòðîäà, îäèí èç êîòîðûõ (àíîä À) ñîåäèíåí ñ ïîëîæèòåëüíûì ïîëþñîì èñòî÷íèêà òîêà (áàòàðåÿ G1), äðóãîé (êàòîä Ê) — ñ îòðèöàòåëüíûì. Íåñìîòðÿ íà äîñòàòî÷íî áîëüøîå íàïðÿæåíèå, êîòîðîå îáåñïå÷èâàåò èñòî÷íèê òîêà (îêîëî 100 Â), âêëþ÷åííûé â öåïü ÷óâñòâèòåëüíûé ãàëüâàíîìåòð íå ôèêñèðóåò òîêà; ýòî óêàçûâàåò íà îòñóòñòâèå â âàêóóìå ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé çàðÿäà. Ýëåêòðîííàÿ ýìèññèÿÝëåêòðè÷åñêèé òîê â âàêóóìå áóäåò ñóùåñòâîâàòü, åñëè ââåñòè â ñîñóä ñâîáîäíûå íîñèòåëè çàðÿäà. Êàê ýòî îñóùåñòâèòü? Íàèáîëåå ïðîñòî ïðîâîäèìîñòü ìåæýëåêòðîäíîãî ïðîìåæóòêà â âàêóóìå ìîæíî îáåñïå÷èòü ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîííîé ýìèññèè ñ ïîâåðõíîñòè ýëåêòðîäîâ. Ýëåêòðîííàÿ ýìèññèÿ âîçíèêàåò â ñëó÷àÿõ, êîãäà ÷àñòü ýëåêòðîíîâ ìåòàëëà (ýëåêòðîäà) ïðèîáðåòàåò â ðåçóëüòàòå âíåøíèõ âîçäåéñòâèé ýíåðãèþ, äîñòàòî÷íóþ äëÿ ïðåîäîëåíèÿ èõ ñâÿçè ñ ìåòàëëîì (äëÿ ñîâåðøåíèÿ ðàáîòû âûõîäà Àâûõ).  § 3.8 ìû óæå ïîçíàêîìèëèñü ñ äâóìÿ âèäàìè ýëåêòðîííîé ýìèññèè: èîííî-ýëåêòðîííîé ýìèññèåé (ïðè áîìáàðäèðîâêå êàòîäà ïîëîæèòåëüíûìè èîíàìè) è òåðìîýëåêòðîííîé ýìèññèåé (èñïóñêàíèå ýëåêòðîíîâ ñ ïîâåðõíîñòè äîñòàòî÷íî íàãðåòîãî ìåòàëëà). Ýëåêòðîíû èñïóñêàþòñÿ òàêæå ïðè âîçäåéñòâèè íà ïîâåðõíîñòü ìåòàëëà ýëåêòðîìàãíèòíûì èçëó÷åíèåì. Òàêîå ÿâëåíèå íàçûâàåòñÿ ôîòîýëåêòðîííîé ýìèññèåé. È íàêîíåö, ñ ïîâåðõíîñòè ìåòàëëà èñïóñêàþòñÿ ýëåêòðîíû ïðè áîìáàðäèðîâêå åå áûñòðûìè ýëåêòðîíàìè. Ýòî âòîðè÷íàÿ ýëåêòðîííàÿ ýìèññèÿ. Âñå âèäû ýìèññèè øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà â âàêóóìå. Îäíàêî â áîëüøèíñòâå ñîâðåìåííûõ ýëåêòðîííûõ âàêóóìíûõ ïðèáîðîâ èñïîëüçóåòñÿ òåðìîýëåêòðîííàÿ ýìèññèÿ. Ïîëó÷åíèå ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà â âàêóóìåÏîñìîòðèì, êàê, èñïîëüçóÿ òåðìîýëåêòðîííóþ ýìèññèþ, ìîæíî ïîëó÷èòü òîê â âàêóóìå. Äëÿ ýòîé öåëè âíåñåì èçìåíåíèÿ â öåïü, ñõåìà êîòîðîé èçîáðàæåíà íà ðèñóíêå 3.27.  êà÷åñòâå êàòîäà â âàêóóìíîì áàëëîíå òåïåðü âïàÿíà âîëüôðàìîâàÿ íèòü, êîíöû êîòîðîé âûâåäåíû íàðóæó è ïðèñîåäèíåíû ê èñòî÷íèêó òîêà — áàòàðåå íàêàëà G2 (ðèñ. 3.28). Çàìêíåì êëþ÷ S2 è, êîãäà âîëüôðàìîâàÿ íèòü íàêàëèòñÿ, çàìêíåì è êëþ÷ S1. Ñòðåëêà ïðèáîðà ïðè ýòîì îòêëîíèòñÿ, â öåïè ïîÿâèëñÿ òîê. Çíà÷èò, íàêàëåííàÿ íèòü îáåñïå÷èâàåò ïîÿâëåíèå íåîáõîäèìûõ äëÿ ñóùåñòâîâàíèÿ òîêà íîñèòåëåé çàðÿäà — çàðÿæåííûõ ÷àñòèö. Ñ ïîìîùüþ îïûòà íåòðóäíî óáåäèòüñÿ, ÷òî ýòè ÷àñòèöû çàðÿæåíû îòðèöàòåëüíî. Èçìåíèì ïîëÿðíîñòü àíîäíîé áàòàðåè G1 — íèòü ñòàíåò àíîäîì, à õîëîäíûé ýëåêòðîä — êàòîäîì (ðèñ. 3.29). È õîòÿ íèòü ïî-ïðåæíåìó íàêàëåíà è ïî-ïðåæíåìó ïîñûëàåò â âàêóóì çàðÿæåííûå ÷àñòèöû, òîêà â öåïè íåò.
Èç ýòîãî îïûòà ñëåäóåò, ÷òî ÷àñòèöû, èñïóñêàåìûå íàêàëåííîé íèòüþ, çàðÿæåíû îòðèöàòåëüíî — îòòàëêèâàþòñÿ îò õîëîäíîãî êàòîäà è ïðèòÿãèâàþòñÿ ê àíîäó. Èçìåðåíèåì çàðÿäà è ìàññû áûëî äîêàçàíî, ÷òî êàòîä èñïóñêàåò ýëåêòðîíû. Èòàê, ýëåêòðè÷åñêèé òîê â âàêóóìå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé íàïðàâëåííûé ïîòîê ýëåêòðîíîâ.  îòëè÷èå îò òîêà â ìåòàëëè÷åñêîì ïðîâîäíèêå (ãäå ïðîâîäèìîñòü òîæå ýëåêòðîííàÿ), â âàêóóìå ýëåêòðîíû äâèæóòñÿ ìåæäó ýëåêòðîäàìè, íè ñ ÷åì íå ñòàëêèâàÿñü. Ïîýòîìó ïîä äåéñòâèåì ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ýëåêòðîíû íåïðåðûâíî óñêîðÿþòñÿ. Ñêîðîñòü ýëåêòðîíîâ ó àíîäà äàæå â ìàëîìîùíûõ ýëåêòðîâàêóóìíûõ ïðèáîðàõ äîñòèãàåò íåñêîëüêèõ òûñÿ÷ êèëîìåòðîâ â ñåêóíäó, ÷òî â äåñÿòêè ìèëëèàðäîâ ðàç ïðåâûøàåò ñðåäíþþ ñêîðîñòü íàïðàâëåííîãî äâèæåíèÿ ýëåêòðîíîâ â ìåòàëëå.
|
|
|