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.
Вольт-амперна характеристика (залежність сили струму від прикладеної напруги) вакуумного діоду представлена на рис. 3.37. При відсутності електричної напруги (
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
де 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.
ІІ. Лекційний курс. 13 Розділ 1. Механіка. 13 § 1.1. Кінематика механічного руху. 13 § 1.2. Швидкість і прискорення. 14 § 1.3. Кінематика обертового руху матеріальної точки.. 16 § 1.4 Закони динаміки. Поняття маси, сили, імпульсу, імпульсу сили. Інерціальні системи відліку 18 § 1.5. Імпульс системи. Закон збереження імпульсу. 19 § 1.6. Центр мас (інерції) системи. Закон руху центра мас. 20 § 1.7. Межі застосування класичного опису частинок.. 21 § 1.8. Основний закон динаміки поступального руху твердого тіла. 22 § 1.9. Динаміка обертового руху твердого тіла відносно осі. Поняття моменту інерції, моменту сили та моменту імпульсу твердого тіла. 23 § 1.10. Закон збереження моменту імпульсу твердого тіла відносно осі 26 § 1.11. Поняття енергії і роботи. Робота сили. Потужність. 26 § 1.12. Кінетична енергія. Теорема про зміну кінетичної енергії. 28 § 1.13. Потенціальні і непотенціальні сили.. 30 § 1.14. Потенціальна енергія та її зв’язок з потенціальними силами.. 31 § 1.15. Потенціальна енергія гравітаційної взаємодії 32 § 1.16. Потенціальна енергія пружної взаємодії 33 § 1.17. Повна механічна енергія. Закон збереження повної механічної енергії. 34 § 1.18. Графічне представлення енергії 35 § 1.19. Перетворення координат Галілея. 36 § 1.20. Інерціальні системи відліку. Механічний принцип відносності 37 § 1.21. Неінерціальні системи відліку. Сили інерції 38 § 1.22. Властивості простору і часу у класичній механіці 41 § 1.23. Постулати спеціальної теорії відносності (СТВ). Перетворення Лоренца 42 § 1.24. Властивості простору і часу в релятивістській механіці (наслідки із перетворень Лоренца) 44 § 1.25. Правила додавання швидкостей в релятивістській механіці 47 §1.26 Релятивістський імпульс. 48 §1.27 Основний закон динаміки теорії відносності. Релятивістська енергія 49 §1.28 Зв’язок енергії з імпульсом і маси з енергією спокою.. 51 § 1.29. Гідростатика нестисливої рідини. Закон Паскаля. Гідростатичний тиск. Закон Архімеда 52 § 1.30. Рух ідеальної рідини. Рівняння нерозривності. Рівняння Бернуллі 53 § 1.31. Гідродинаміка в’язкої рідини. Сила Стокcа. 55 Розділ 2. Основи молекулярної фізики і термодинаміки. 57 § 2.1. Статистичний і термодинамічний методи дослідження. Тепловий рух. Основні поняття 57 § 2.2. Рівняння стану ідеального газу. 58 § 2.3. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів. 60 § 2.4. Середня квадратична швидкість молекул. Молекулярно-кінетичне тлумачення температури 62 § 2.5. Розподіл Максвела молекул за швидкостями та енергіями.. 64 § 2.6. Барометрична формула. Розподіл Больцмана частинок у потенціальному полі 67 § 2.7. Внутрішня енергія системи. Теплота і робота. 69 § 2.8. Робота розширення (стискання) газу. 70 § 2.9. Перше начало термодинаміки та його застосування до ізопроцесів. 72 § 2.10. Середня кінетична енергія молекул. Внутрішня енергія ідеального газу 74 § 2.11. Теплоємність газів. Недоліки класичної теорії теплоємностей.. 75 § 2.12. Адіабатичний процес. Рівняння Пуасона. 77 § 2.13. Оборотні та необоротні процеси. Цикли.. 80 § 2.14. Цикл Карно. Максимальний ККД теплової машини.. 82 § 2.15. Друге начало термодинаміки. Нерівність Клаузіуса. 84 § 2.16. Ентропія. Закон зростання ентропії 85 § 2.17. Статистичний зміст другого начала термодинаміки.. 87 § 2.18. Ефективний діаметр молекули. Середнє число зіткнень і середня довжина вільного пробігу 89 § 2.19. Явища перенесення. 91 § 2.20. Молекулярно-кінетична теорія явищ перенесення. 93 § 2.21. Реальні гази. Рівняння Ван-дер-Ваальса. 95 § 2.22. Ізотерми Ван-дер-Ваальса. Метастабільні стани. Критична точка. 98 § 2.23. Характер теплового руху в рідинах. Поверхневий натяг. Явище змочування. Капілярні явища 99 § 2.24. Характер теплового руху у твердих тілах. Теплоємність і теплове розширення твердих тіл 103 § 2.25. Фази і фазові перетворення. Умови рівноваги фаз. Потрійна точка 106 § 2.26. Рівняння Клапейрона-Клаузіуса. 108 § 2.27. Фазові діаграми.. 110 Розділ 3. Електростатика і постійний електричний струм.. 114 § 3.1.Електричний заряд. Електричне поле. Закон Кулона. Напруженість та індукція електричного поля. Принцип суперпозиції електричних полів. 114 § 3.2. Потік вектора напруженості та індукції електричного поля. Теорема Остроградського-Гауса 117 § 3.3. Розрахунок електричних полів за допомогою теореми Остроградського-Гауса 119 § 3.4. Робота сил електричного поля. Теорема про циркуляцію вектора напруженості електричного поля. Потенціал. 125 § 3.5. Розрахунок потенціалу електричного поля деяких заряджених тіл. 129 § 3.6. Провідники в електричному полі. Електроємність відокремленого провідника 132 § 3.7. Конденсатори. Електроємність конденсатора. З’єднання конденсаторів 134 § 3.8. Енергія зарядженого тіла і конденсатора. Енергія і густина енергії електричного поля 138 § 3.9. Діелектрики в електричному полі. Поляризація діелектриків. 141 § 3.10. Електричний струм. Закон Ома для ділянки кола. Закон Ома в диференціальній формі 147 § 3.11. Електрорушійна сила джерела струму. Закон Ома для неоднорідної ділянки кола і для повного кола 151 § 3.12. Розгалужені електричні кола. Закони Кірхгофа. З’єднання провідників 153 § 3.13. Робота і потужність струму. Закон Джоуля-Ленца. 157 § 3.14. Електричний струм в металах. Термоелектронна емісія. Контактні явища 159 § 3.15. Електричний струм в електролітах. 161 § 3.16. Електричний стум в газах. Плазма. 164 § 3.17. Електричний струм у вакуумі 169
*Ця назва – данина традиції, в дійсності [*] Відомо, що об’єм води при замерзанні збільшується. У зв’язку з цим густина льоду менша від густини води (лід плаває на воді).
|
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.
) 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)
, (3.253)
– стала, однакова для всіх металів, 
– робота виходу електронів з металу, 
– стала Больцмана, 
– абсолютна температура катоду.
– проекція ґрадієнта на вісь z.
