§ 3.17. Електричний струм у вакуумі
Вакуум – це середовище з дуже малою концентрацією молекул газу при якій середня довжина вільного пробігу молекул перевищує розміри посудини. Оскільки у вакуумі відсутні вільні електричні заряди, то він є діелектриком. Для створення вільних електричних зарядів у вакуумі використовують явище термоелектронної емісії, зовнішнього фотоефекту та інші. В цих випадках носіями електричного струму у вакуумі є електрони. Розглянемо особливості електричного струму у вакуумі на прикладі вакуумного діоду.
Вакуумний діод – це найпростіший вакуумний електронний прилад. Він складається з скляного або металевого балону, у якому створений вакуум, і двох електродів – катоду та аноду. Катод нагрівається до високої температури додатковим джерелом струму і завдяки явищу термоелектронної емісії є джерелом електронів. Якщо до вакуумного діоду прикласти електричну напругу в прямому напрямку (до аноду “плюс”, до катоду – “мінус”), то електрони рухатимуться від катоду до аноду і через лампу буде проходити електричний струм. Якщо до діоду прикласти напругу в зворотному напрямку (до аноду – “мінус”, до катоду – “плюс”), то електрони, які вилетіли з катоду, повертатимуться на катод назад і через лампу струм проходити не буде. Отже вакуумний діод має односторонню провідність.
В
Рис.
3.37
)
частина електронів з електронної хмарки
біля катоду досягає аноду і через лампу
протікає невеликий струм
.
З підвищенням напруги сила струму
зростає (крива ОАВ) згідно із формулою
Богуславського-Ленгмюра
,
(3.252)
де постійна величина В залежить від форми і розмірів електродів. При деякій достатньо високій напрузі всі електрони із електронної хмарки долітають до аноду і анодний струм досягає насичення. Величина струму насичення зростає з підвищенням температури катоду, а густина струму насичення визначається за формулою Річардсона-Дешмена
,
(3.253)
де
– стала, однакова для всіх металів,
– робота виходу електронів з металу,
– стала Больцмана,
– абсолютна температура катоду.
Електричний струм у вакуумі і явище термоелектронної емісії використовуються в електронних лампах, електронно-променевих трубках та інших приладах. Електричний струм у вакуумі, де джерелом електронів є фотоелектричний ефект, використовується в вакуумних фотоелементах, фотоелектронних помножувачах та інших приладах.