Вакуумдаы электр тогы. Термоэлектронды эмиссия.

ыздыранда газ атомдарыны не молекулаларыны жылдамдыы артады. Соан сйкес оларды кинетикалы энергиясы да артады. Осындай атомдар не молекулалар сотыысанда олардан электрондар зіліп шыып, газда бос электр зарядтары – электрондар мен о иондар тзіледі. Мндай процесс газды иондану деп аталады.

Электр тогы жо кезде газдаы электрондар мен иондар хаосты озалыс жасайды. Олар сотыысан жадайда айтадан бейтарап молекулалар тзілуі ытимал. Осы процесті рекомбинациядеп атайды.

Егер иондалан газда электр рісін тудырса, онда иондар мен электрондар реттелген озалыса келеді де, тізбекте электр тогы пайда болады.

Газдардаы электр тогы дегеніміз –электрондар мен о жне теріс зарядталан иондарды баытталан озалысы болып табылады.

Егер иондалан газда электр рісіні кернеулігін артырса, онда электр рісінен екпін алан электрондар бейтарап молекулалармен сотыысып, электрондарды жла, оларды бейтараптайды. Ал, олар з кезегінде электр рісінен екпін ала газды баса молекулаларыны иондалуын тудырады. Электрондар мен иондар саныны тасын тріздес артуы байалады. Газды осындай иондалуы екпінді иондалу деп аталады. Екпінді иондалу нтижесінде тізбектегі ток крт седі.

Егер иондалан газда екпінді иондану есебінен еркін электрондар мнн иондарды саны крт ссе, онда мндай газ плазмадеп аталады.

Вакуум – сиретілген орта, онда молекулалар саныны аз, оларды сотыысу ытималдыы те аз.

Барынша жоары температура кезінде металдан электрондарды шып шыу былысын термоэлектронды эмиссия деп атайды.

Вакуумдаы электр тогы термоэлектронды эмиссия нтижесінде алынан

элеткрондарды баытталан озалысы трінде болады.

Термоэлектронды былыс олданылатын арапайым ралдара электронды шамдар жатады.

Электронды-сулелік ттік деп электр сигналдарын крінетін кескінге трлендіретін вакуумды электронды аспапты айтады.

Термоэлектронды эмиссия — вакуум немесе баса орта ішінде ызан денелерден (эмиттерлерден) электрондарды шыарылуы. 1882 ж. ашылан, термоэлектронды эмиссияны аылшын физигі О.У. Ричардсон зерттеген. Термоэлектронды эмиссия, негізінде, электронды шамдар жне баса электровакуумды жне газразрядты аспаптар жмыс істейді.

 

Кдімгі жадайда р трлі газдар мен оны осылыстары (ауа, аргон, сутегі, гелий, кмір ышыл газы жне т.б.) электр тогын ткізбейді. ткізгіштік газды ортада молекула мен атомнан баса, бос зарядталан блшектер – электрондар, иондар (о немесе теріс) боланда пайда болады да, газ плазмаа айналады.

Плазма тртінші жадайда тран (атты, сйы жне газ тріздіден баса) зат, бейтарап молекула мен атом, сосын электр тогын ткізіп, магнитті газ динамика заына баытталатын иондар мен электрондарды - зарядталан блшектерді болуымен сипатталады. Газды плазмаа айналуы бірнеше сипатта жреді. Молекулалы газдар шін бірнеше рдіс диссоциация - атомдар тзіледі. Газда зарядталан блшектер – газ иондауын – оны ыздыруынан, рентген энергиясы немесе ультраклгін суле жтылуынан, оптикалы квант генератор сулелерінен (лазері), теріс иондар серінен жне т.б. болады.

Теріс иондар молекула немесе атомдар электронды стап аланда, яни электронны жылдамдыы те аз кезде электрлік рісті элементі шін пайда болуы ммкін. О иондар бейтарап блшек бір немесе бірнеше электроннан айыранда пайда болады.

Иондарді тзілуі электрондарды жне теріс иондарды арасында тартушы Кулон кштерін жеуге кететін энергия шыынын ажет ететін иондалу потенциалын Аи анытайтын энергиясы деп атайды. Атомны иондану потенциалы атоммен сотыысанда жеткілікті кинетикалы энергияны алуа ажетті электрондарды потенциалдарыны айырымына те. Сондытан лшемдер электрон –вольтпен (эВ) рнектеледі.

Иондану жмысы элементті химиялы активтілігін анытайды, себебі иондану кезінде білікентті электрондар ашылады;

эВ, ал цезий шін - 3.96 эВ, калийде - 4.3 эВ, цирконийде -6.8 эВ, темірде - 7.6 эВ, сутегінде - 13.6 эВ, азотта - 12.4 эВ, гелийде - 24,6 эВ. Атоммен лсіз байланысан электрон жлынаннан кейін, берік байланысан электрон жлынады. Сонымен бірге кптеген ионданан ион тзіледі. Иондану энергиясы ктеріледі де кбейеді, мысалы 4·75.6 эВ (екі ретті иондану) жне ш ретті иондану шін, мысалы, Ве шін - 153.8 эВ райды.

Электр рісіндегі зарядталан блшектер озалысы бірдей жылдамдыты, денені еркін тсуіне сйкес заряды мен блшек сер ететін кшке туелді.

 

(3.75)

мндаы Е - электр рісіні кернеулігі, В/м; m - блшектер массасы, г; v-блшек жылдамдыы, м/с; а – деу, .

 

Бастапы жылдамдыта ол нольге те, ал моментте . уаыт мезетінде жрілген жол келесі формуламен аныталады:

 

. (3.76)

 

Блшекті жрген жолы мен жылдамдыы меншікті зарядыны – заряд массасына атынасымен аныталады. Сондытан блшектерді еркін озалысы кезінде бірыай рісте электрон жылдамдыы иондікінен арты.

Тендеуге E=u/l мнін ойса, онда электронны жылдамдыы:

 

, (3.77)

 

мндаы те – электрон массасы, U – жолды потенциалды айырымы.

 

Атомды массасы бар ионны жылдамдыы:

 

. (3.78)

 

мндаы - массаны атомды бірлігі, Z - заряд тасушы, U – жолдаы потенциал айырымы.

 

Электрон рісіндегі иондануды негізгі трі электронмен соы иондалуы болып табылады. Катодтан шыан электрод рістік градиентті серінен жылдам озалады жне бейтарап атоммен немесе молекуламен сотыысанда бір электрон шыып кетіп, бірнеше жылдамды береді. Сонымен атодтан шыан электрон озаланда кптеген сотыыса шырап, нтижесінде газды температурасы артады. рісті лкен градиенті жоары ысымында иондалуды бл трі температураны айтарлытай артуына байланысты ткінші токты суіне келіп сотырады.

Иондар да иондануа атыса алады, электронны жылдамдыы аз боландытан доалы разрядтаы иондалу те лкен емес. Біра жоары температурада молекулаларды жылулы озалысын арттырып, иондар мен бейтарап блшектер сотыысуы газды термиялы иондалуына келеді. Иондануды бл тріні рлі жоары температура мен ысымда айтарлытай крінеді.

Фотон – иондану, егерде фотон энергиясы hv иондалу жмысынан Аи арты болса, атомды сулеленумен иондалуы ммкін:

 

, (3.79)

мндаы v - сулелену жилігі, 1/с; h - Планк тратысы; с - жары жылдамдыы; жары толын зындыы, м.

 

Соы жылдары ндірістік рдістерді кптеген блігі доалы ыздырыштармен жасалады. Бан разряд туралы ілімні артуына сйкес, рі оны реттеу мен кптеп олдануы вакуум арылы тетін электр тогын тудыратын былысын электрлік доа деп атайды. Сырты асиеттер бойынша жне газдаы электр разряды р трлі болып келеді. Жалпы жадайда олар зіндік жне зіндік емес деп блінеді .

зіндік разрядтарда зарядталан блшектер разряд аралыында ток кзі энергия есебінен тзіледі. зіндік емес зарядтарды олдану шін газдар иондануына амтамасыз ететін сырты фактор ажет.

Доалы разряд немесе электр доасы канал разрядындаы ( А/см ) жоары ток тыыздыымен, тмен катодты потенциалы азаюымен, электрон арасындаы кеністікте жоары температуралы газды ортаны басуымен сипатталады, доаны басуына туелді К одан да жоары болады.

ткізгіш материалдан раан электр энергияны тасымалы электрон арылы жреді. Ал баса жадайда тізбекке екінші ретті ткізгіш осылан. Бл жадайда тізбек бойынша электр суі иын блыстармен жреді, бл рдісте электрондар электр заряды тасымалдаышты баса тріне ауысып, кейін айта электрон болып отырады.

Электр доасы осылан тізбектен ток суі шін электронды-катодты электрон тастап, атома тартылыс кшін жеіп, сосын анода жету керек.

Электронды катодтан шыару шін оан атомны электронды блтымен электродты потенциалды барьеріні статистикалы кйін жеіп шыу жмысын аятау керек. р трлі заттар шін ол р трлі. Сонымен магнит шыу жмысы -1.07 В; алюминий - 2.8; ниобий - 4.0; вольфрам - 4.5; темір - 4.77 эВ т.с.с. Белгілі металлды электрон шыу жмысы оны иондану энергиясынан аз. Металлдан электронды шыару шін оны энергиясын арттыру керек. Бл келесі діспен жасалуы ммкін: уатты электр рісін осумен (автоэлектронды эмиссия); электрод температурасын арттырумен (термоэлектронды эмиссия).

Электронды ыздыру жеке разрядтарда электрод бетін ионмен атылау есебінен болады.

Термоэлектронды эмиссияда ток тыыздыы температура мен катод материалынан туелді болады жне келесі формуламен аныталады:

 

, (3.80)

 

мндаы Т - электродты беттік температурасы, К.

 

А1 жне В1 мндері сйкесінше кальций шін - 0.12 жне 3500, кміртегі - 5.03 жне 45700, вольфрамда - 60.2 жне 52700 т.б.

Температураны артуымен эмиссия тогы да арта бастайды. Сонымен вольфрам катоды шін вакуумдаы термоэлектронны эмиссиясы 1500 К-дегі ток тыыздыы А/см . Ал 3500 К, ол тогыз есе сіп 220 А/см - ге дейін жетеді.

Суы электродта электр рісі кернеуінде В/см автоэлектронды эмиссия туады (электр рісімен электрон жылуы), ток тыыздыы эмпирикалы тендеумен аныталады:

 

аэ , (3.81)

 

мндаы jаэ - автоэлектронды эмиссияны ток тыыздыы, А/см ; Е - электрод бетіндегі электр рісіндегі кернеуі, В/см; - берілген материал шін тратылар.

 

Жоарыдаы екі формула бір біріне сас жне автоэлектронды эмиссияны ток тыыздыы кернеу рісінен туелді болады.

1000 К дейінгі температурадаы эмиссияда ток температурадан лсіз туелді болады, ал одан жоары температурада термоэлектронды эмиссия басталады, бл кезде электрод бетіндегі токты тыыздыы тмендегі формуламен рнектеледі:

 

, (3.82)

 

мндаы А - 120.4 А (см2 · К ) - таза металл шін.

 

Эмиссия тогын арттыру жне негізгі электрод металлдарында электрондарды шыару жмысын тмендету шін оан сілтілік немесе жер металл, оксид трінде активті оспалар енгізеді. Мысалы, вольфрам шін ионданушы оспалар ThO , LaO , AlCaO , AlCaBaO, кміртегі Cs, Li, K, Na, Ca.

Электрод арасы 4-5 м доадан ашы аймата потенциалды таралуы жне ассиметриялы доалы баан шін потенциал таралуы 3.17-суретте крсетілген.

Электрод арасында ш негізгі за ерекшеленеді: катод потенцалыны тмендеу аймаы; ол катодтан - 10 м шамада потенциалды тсуі шамамен 8-15 В; доаны жану шарты мен зындыына туелді бірнеше вольттен бірнеше килловольта дейінгі кернеуі о доалы баан аймаы; аймаы - 10 м потенциал тсуі 2-20 В дейінгі анод потенциал тсуі аймаы.

Электрод арасындаы кернеуді толы тсуі:

 

, (3.83)

 

мндаы жне - анодта жне катодта потенциалды тсуі, В; Е - бааналы электр рісіні доалы кернеуі (кернеуді тзу градиенті), В/м; L - доа зындыы, м.

 

 

3.17-сурет. Доа пайда болан каналдан ашы электр тасымалдаыш жне потенциал таратыш