Vacuumul condiționează curentul electric în vid. Ce este curentul electric în vid
Curentul electric este o mișcare ordonată a sarcinilor electrice. Poate fi obținut, de exemplu, într-un conductor care conectează un corp încărcat și neîncărcat. Cu toate acestea, acest curent se va opri imediat ce diferența de potențial dintre aceste corpuri devine zero. Curentul comandat) va exista și în conductorul care conectează plăcile condensatorului încărcat. În acest caz, curentul este însoțit de neutralizarea sarcinilor de pe plăcile condensatorului și continuă până când diferența de potențial a plăcilor condensatorului devine zero.
Aceste exemple arată că electricitate într-un conductor apare doar atunci când există potențiale diferite la capetele conductorului, adică atunci când există un câmp electric în el.
Dar în exemplele luate în considerare, curentul nu poate fi pe termen lung, întrucât în \u200b\u200bprocesul de mișcare a sarcinilor, potențialele corpurilor se egalizează rapid și câmpul electric din conductor dispare.
Prin urmare, pentru a obține curent, este necesar să se mențină diferite potențiale la capetele conductorului. Pentru a face acest lucru, puteți transfera sarcini de la un corp la altul înapoi printr-un alt conductor, formând un circuit închis pentru aceasta. Cu toate acestea, sub acțiunea forțelor aceluiași câmp electric, un astfel de transfer de sarcini este imposibil, deoarece potențialul celui de-al doilea corp este mai mic decât potențialul primului. Prin urmare, transferul este posibil doar prin forțe de origine non-electrică. Prezența unor astfel de forțe este asigurată de o sursă de curent inclusă în circuit.
Forțele care acționează în sursa curentă transferă încărcătura dintr-un corp cu un potențial mai mic într-un corp cu un potențial mai mare și efectuează lucrări în același timp. Prin urmare, trebuie să aibă energie.
Sursele de curent sunt celulele galvanice, bateriile, generatoarele etc.
Deci, principalele condiții pentru apariția curentului electric: prezența unei surse de curent și a unui circuit închis.
Trecerea curentului într-un circuit este însoțită de o serie de fenomene ușor de observat. Deci, de exemplu, în unele lichide, când trece un curent prin ele, se observă eliberarea unei substanțe pe electrozii cufundați în lichid. Curentul din gaze este adesea însoțit de strălucirea gazelor etc. Curentul electric din gaze și vid a fost studiat de remarcabilul fizician și matematician francez Andre Marie Ampere, datorită căruia știm acum natura acestor fenomene.
După cum știți, vidul este cel mai bun izolator, adică spațiul din care este pompat aerul.
Dar puteți obține un curent electric în vid, pentru care trebuie să introduceți purtători de încărcare în el.
Luați nava de pe care a fost evacuat aerul. Două plăci metalice sunt lipite în acest vas - doi electrozi. Conectăm unul dintre ei A (anod) cu o sursă de curent pozitivă, celălalt K (catod) - cu unul negativ. Tensiunea dintre acesta este suficientă pentru a aplica 80 - 100 V.
Să includem un miliammetru sensibil în circuit. Dispozitivul nu prezintă curent; acest lucru indică faptul că curentul electric nu există în vid.
Să modificăm experiența. Ca un catod, lipim un fir în vas - un fir, cu capetele scoase. Acest filament va fi în continuare catodul. Folosind o altă sursă de curent, o vom încălzi. Vom observa că de îndată ce firul este încălzit, dispozitivul conectat la circuit prezintă un curent electric în vid și, cu cât este mai mare, cu atât firul este încălzit. Aceasta înseamnă că filamentul, atunci când este încălzit, asigură prezența particulelor încărcate în vid, este sursa lor.
Cum sunt încărcate aceste particule? Experiența poate oferi un răspuns la această întrebare. Să schimbăm polii electrozilor lipiți în vas - vom face firul un anod, iar polul opus - un catod. Și, deși filamentul este încălzit și trimite particule încărcate în vid, nu există curent.
Rezultă că aceste particule sunt încărcate negativ deoarece sunt respinse de electrodul A atunci când acesta este încărcat negativ.
Ce sunt aceste particule?
Conform teoriei electronice, electronii liberi dintr-un metal sunt în mișcare haotică. Când firul este încălzit, această mișcare este îmbunătățită. În același timp, unii electroni, dobândind energie, care este suficientă pentru a ieși, zboară din filament, formând un „nor electronic” în jurul acestuia. Când se formează un câmp electric între filament și anod, electronii zboară la electrodul A, dacă este conectat la polul pozitiv al bateriei și sunt respinși înapoi la filament dacă este conectat la polul negativ, adică are o sarcină cu același nume ca electronii.
Deci, curentul electric în vid este un flux direcționat de electroni.
Este posibil să se răspândească un curent electric în vid (din latina vacuum - vid)? Deoarece nu există purtători de încărcare gratuită în vid, este un dielectric ideal. Apariția ionilor ar duce la dispariția vidului și la producerea unui gaz ionizat. Dar apariția electronilor liberi va asigura fluxul de curent prin vid. Cum să obțineți electroni liberi în vid? Cu ajutorul fenomenului de emisie termionică - emisia de electroni de către o substanță atunci când este încălzită.
Dioda de vid, trioda, tubul cu raze catodice (în televizoarele vechi) sunt dispozitive a căror funcționare se bazează pe fenomenul de emisie termionică. Principiul principal de funcționare: prezența unui material refractar prin care curge curentul - catodul, un electrod rece care colectează electroni termionici - anodul.
Deplin vid nu poate fi obținut de nicio pompă. Indiferent cât de mult pompăm lampa, urmele de gaz vor rămâne întotdeauna în ea. Prin urmare, în lampă, curentul electric pe care tocmai l-am întâlnit nu trece de fapt în vid, ci într-un gaz foarte rarefiat.
Pompele moderne asigură un vid atât de mare încât moleculele rămase în tubul de descărcare practic nu afectează mișcarea electronilor și curentul curge în același mod ca într-un vid complet. Cu toate acestea, în unele cazuri, lampa nu este pompată în mod deliberat în această măsură. Într-o astfel de lampă, electronii aflați în drum se ciocnesc în mod repetat cu moleculele de gaz. Când sunt lovite, ele își transferă o parte din energie în moleculele de gaz. De obicei, această energie este utilizată pentru a încălzi gazul, dar în anumite condiții, moleculele sau atomii gazului o emit sub formă de lumină. Astfel de tuburi strălucitoare pot fi văzute deasupra ușilor metroului, în vitrine și panouri.
Trecerea unui curent electric într-un gaz este un fenomen extrem de complex și divers. Una dintre formele sale este un arc electric, utilizat în sudarea electrică și topirea metalelor.
Temperatura sa la presiunea atmosferică este de aproximativ 3700 de grade. Într-un arc care arde într-un gaz comprimat la 20 de atmosfere, temperatura ajunge la 5900 de grade, adică la temperatura suprafeței soarelui.
Arcul electric emite lumină albă strălucitoare și, prin urmare, este utilizat și ca sursă de lumină puternică în lămpile de proiecție și proiectoarele.
Defectarea gazului este o altă formă de descărcare electrică. Vom reuni două bile metalice încărcate opus (vezi poza de pe copertă). În acest caz, câmpul electric dintre ele crește. În cele din urmă, devine atât de mare încât smulge electroni din moleculele de aer dintre bile. Aerul este ionizat. Electronii și ionii liberi rezultați se reped spre bile. Pe drum, ei rup noi molecule, creează noi ioni. Aerul devine momentan conductor.
Apropiindu-se de bile, ionii neutralizează sarcinile bilelor; câmpul dispare. Ionii rămași se combină din nou pentru a forma molecule. Aerul este din nou un izolator.
Toate acestea se întâmplă într-o fracțiune de secundă. Defecțiunea este însoțită de o scânteie și sclipire. O scânteie este rezultatul strălucirii moleculelor excitate de impactul sarcinilor de zbor. Zgomotul trosnit este cauzat de expansiunea aerului pe măsură ce se încălzește pe calea scânteii.
Acest fenomen seamănă cu fulgerul și tunetul în miniatură. Într-adevăr, fulgerul este aceeași descărcare electrică care apare atunci când doi nori încărcați opus se apropie unul de altul sau între un nor și Pământ.
Acum vom reuni nu două bile preîncărcate, ci doi electrozi de carbon sau metal conectați la un generator suficient de puternic. Descărcarea care apare între ele nu se oprește, deoarece datorită generatorului, electrozii nu sunt neutralizați de ionii care cad asupra lor. În loc de o defalcare a aerului pe termen foarte scurt, se creează un arc electric stabil (Fig. 12), despre care am discutat deja mai sus. Temperatura ridicată care se dezvoltă în arc menține starea ionizată a aerului dintre electrozi și creează, de asemenea, o emisiune termionică semnificativă din catod.
Curent electric în vid
Vidul este starea unui gaz în care presiunea este mai mică decât atmosferică. Distingeți între vidul mic, mediu și cel mare.
Pentru a crea un vid ridicat, rarefacția necesară, pentru care calea liberă medie a moleculelor este mai mare decât dimensiunile vasului sau distanța dintre electrozii din vas. Prin urmare, dacă se creează un vid în vas, atunci moleculele din el aproape nu se ciocnesc între ele și zboară liber prin spațiul interelectrod. În acest caz, ei se confruntă cu coliziuni numai cu electrozii sau cu pereții vasului.
Pentru ca un curent să existe în vid, o sursă de electroni liberi trebuie plasată în vid. Cea mai mare concentrație de electroni liberi în metale. Dar la temperatura camerei, nu pot părăsi metalul, deoarece sunt ținute în el de forțele de atracție ale ionilor pozitivi din Coulomb. Pentru a depăși aceste forțe, electronul trebuie să cheltuiască o anumită cantitate de energie, numită funcție de lucru, pentru a părăsi suprafața metalică.
Dacă energia cinetică a unui electron depășește sau este egală cu funcția de lucru, atunci va părăsi suprafața metalică și va deveni liberă.
Procesul de emitere a electronilor de pe o suprafață metalică se numește emisie. În funcție de modul în care energia a fost transferată la electroni, se disting mai multe tipuri de emisii. Una dintre ele este emisia termoelectronică.
Ø Emisia de electroni de către corpurile încălzite se numește emisie termoelectronică.
Fenomenul emisiei termionice face ca un electrod metalic încălzit să emită continuu electroni. Electronii formează un nor de electroni în jurul electrodului. În acest caz, electrodul este încărcat pozitiv și, sub influența câmpului electric al norului încărcat, electronii din nor revin parțial la electrod.
În starea de echilibru, numărul de electroni care părăsesc electrodul pe secundă este egal cu numărul de electroni care s-au întors la electrod în acest timp.
2. Curent electric în vid
Pentru ca curentul să existe, trebuie îndeplinite două condiții: prezența particulelor încărcate liber și un câmp electric. Pentru a crea aceste condiții, doi electrozi (catod și anod) sunt așezați în balon și aerul este pompat din balon. Ca urmare a încălzirii catodului, electronii scapă din acesta. Un potențial negativ se aplică catodului și un potențial pozitiv anodului.
Curentul electric în vid este mișcarea direcțională a electronilor generați prin emisie termionică.
3. Diodă de vid
O diodă de vid modernă constă dintr-un balon de sticlă sau cermet, din care aerul este evacuat la o presiune de 10-7 mm Hg. Artă. În balon sunt lipiți doi electrozi, dintre care unul, catodul, are forma unui cilindru metalic vertical realizat din tungsten și de obicei acoperit cu un strat de oxizi metalici alcalino-pământoși.
Un conductor izolat este situat în interiorul catodului, care este încălzit de un curent alternativ. Catodul încălzit emite electroni care ajung la anod. Anodul lămpii este un cilindru rotund sau oval având o axă comună cu catodul.
Conductivitatea unilaterală a unei diode de vid se datorează faptului că, din cauza încălzirii, electronii zboară din catodul fierbinte și se deplasează către anodul rece. Electronii se pot deplasa numai prin diodă de la catod la anod (adică curentul electric poate curge numai în direcția opusă: de la anod la catod).
Figura redă caracteristica curent-tensiune a unei diode de vid (o valoare de tensiune negativă corespunde cazului în care potențialul catodului este mai mare decât potențialul anodic, adică câmpul electric „încearcă” să returneze electronii înapoi în catod).
Diodele de vid sunt utilizate pentru rectificarea curentului alternativ. Dacă plasați un alt electrod (rețea) între catod și anod, atunci chiar și o ușoară modificare a tensiunii dintre rețea și catod va afecta semnificativ curentul anodului. Un astfel de tub electronic (triodă) poate amplifica semnale electrice slabe. Prin urmare, de ceva timp aceste lămpi au fost elementele principale ale dispozitivelor electronice.
4. Tub de raze catodice
Un curent electric în vid a fost utilizat într-un tub cu raze catodice (CRT), fără de care un televizor sau un osciloscop nu ar putea fi imaginat mult timp.
Figura prezintă un design simplificat al unui CRT.
„Pistolul” de electroni din gâtul tubului este catodul care emite un fascicul intens de electroni. Un sistem special de cilindri cu găuri (1) focalizează această grindă, făcându-l îngust. Când electronii lovesc ecranul (4), acesta începe să strălucească. Puteți controla fluxul de electroni folosind plăci verticale (2) sau orizontale (3).
Energia semnificativă poate fi transferată în electroni în vid. Fasciculele de electroni pot fi folosite chiar pentru a topi metalele în vid.
Mișcarea particulelor libere încărcate obținute ca urmare a emisiei într-un vid sub acțiunea unui câmp electric
Descriere
Pentru a obține un curent electric în vid, trebuie să fie prezenți purtători liberi. Acestea pot fi obținute prin emisia de electroni de către metale - emisie de electroni (din latina emissio - release).
După cum știți, la temperaturi obișnuite, electronii sunt ținuți în interiorul unui metal, în ciuda faptului că suferă mișcare termică. În consecință, există forțe în apropierea suprafeței care acționează asupra electronilor și sunt direcționate în metal. Acestea sunt forțele care decurg din atracția dintre electroni și ionii pozitivi ai rețelei de cristal. Ca rezultat, un câmp electric apare în stratul de suprafață al metalelor, iar potențialul crește cu o anumită cantitate de Dj când trece din spațiul exterior în metal. În consecință, energia potențială a unui electron scade cu e Dj.
Distribuția energiei potențiale a unui electron U pentru un metal limitat este prezentată în Fig. 1.
Diagrama energiei potențiale a unui electron U într-un metal limitat
Figura: 1
Aici W0 este nivelul de energie al unui electron în repaus în afara metalului, F este nivelul Fermi (valoarea energiei sub care toate stările unui sistem de particule (fermioni) sunt ocupate la zero absolut), E c este cea mai mică energie a electronilor de conducție (partea inferioară a benzii de conducere). Distribuția are forma unui puț potențial, adâncimea sa e Dj \u003d W 0 - E c (afinitate electronică); Ф \u003d W 0 - F - funcție de lucru termionică (funcție de lucru).
Condiția pentru emisia unui electron dintr-un metal: W і W 0, unde W este energia totală a unui electron din interiorul metalului.
La temperatura camerei, această condiție este satisfăcută doar pentru o parte nesemnificativă a electronilor, ceea ce înseamnă că pentru a crește numărul de electroni care părăsesc metalul, este necesar să cheltuiți o anumită cantitate de muncă, adică să le oferiți energie suplimentară suficientă pentru a scoate din metal, observând emisiile de electroni: atunci când metalul este încălzit, acesta este termionic, atunci când este bombat. electroni sau ioni - secundari, sub iluminare - fotoemisiune.
Luați în considerare emisia termionică.
Dacă electronii emiși de un metal fierbinte sunt accelerați de un câmp electric, ei formează un curent. Un astfel de curent de electroni poate fi produs în vid, unde coliziunile cu moleculele și atomii nu interferează cu mișcarea electronilor.
Pentru a observa emisia termionică, poate servi o lampă goală care conține doi electrozi: unul sub forma unui fir realizat dintr-un material refractar (molibden, tungsten etc.), încălzit prin curent (catod), iar celălalt, un electrod rece care colectează termoelectroni (anod). Anodul este cel mai adesea în formă de cilindru cu un catod strălucitor în interior.
Să luăm în considerare o schemă de observare a emisiilor termionice (Fig. 2).
Circuit electric pentru observarea emisiilor termionice
Figura: 2
Circuitul conține o diodă D, al cărei catod încălzit este conectat la polul negativ al bateriei B, iar anodul la polul său pozitiv; un miliammetru mA, care măsoară curentul prin dioda D și un voltmetru V, care măsoară tensiunea dintre catod și anod. Cu un catod rece, nu există curent în circuit, deoarece gazul foarte descărcat (vid) din interiorul diodei nu conține particule încărcate. Dacă catodul este încălzit cu o sursă suplimentară, atunci miliammetrul va înregistra aspectul curentului.
La o temperatură constantă a catodului, puterea curentului termionic din diodă crește odată cu creșterea diferenței de potențial dintre anod și catod (vezi Fig. 3).
Caracteristicile curent-tensiune ale diodei la diferite temperaturi ale catodului
Figura: 3
Cu toate acestea, această dependență nu este exprimată de o lege similară legii lui Ohm, conform căreia puterea actuală este proporțională cu diferența de potențial; această dependență este de o natură mai complexă, prezentată grafic în Figura 2, de exemplu, curba 0-1-4 (caracteristică curent-tensiune). Cu o creștere a potențialului pozitiv al anodului, curentul crește în conformitate cu curba 0-1, cu o creștere suplimentară a tensiunii anodice, curentul atinge o anumită valoare maximă i n, numită curentul de saturație al diodei și aproape că încetează să depindă de tensiunea anodului (secțiunea curbei 1-4).
Calitativ, această dependență a curentului diodei de tensiune este explicată după cum urmează. Când diferența de potențial este egală cu zero, curentul prin diodă (cu o distanță suficientă între electrozi) este, de asemenea, zero, deoarece electronii care au părăsit catodul formează un nor de electroni lângă acesta, care creează un câmp electric care încetinește electronii nou emiși. Emisia de electroni se oprește: câți electroni părăsesc metalul, aceeași cantitate îi revine sub acțiunea câmpului invers al norului de electroni. Odată cu creșterea tensiunii anodice, concentrația de electroni din nor scade, efectul său inhibitor scade și curentul anodului crește.
Dependența puterii curente a diodei i de tensiunea anodică U are forma:
unde a este un coeficient în funcție de forma și locația electrozilor.
Această ecuație descrie curba 0-1-2-3 și se numește legea Boguslavsky-Langmuir sau legea 3/2.
Când potențialul anodului devine atât de mare încât toți electronii care părăsesc catodul pentru fiecare unitate de timp intră în anod, curentul atinge valoarea maximă și încetează să depindă de tensiunea anodică.
Cu o creștere a temperaturii catodului, caracteristica volt-ampere este reprezentată de curbele 0-1-2-5, 0-1-2-3-6 etc., adică la temperaturi diferite, valorile curentului de saturație i n sunt diferite, care cresc rapid odată cu creșterea temperaturii ... În același timp, crește tensiunea anodică, la care se stabilește curentul de saturație.
Mai recent, am vorbit despre semiconductori și dispozitive pe baza proprietăților lor - tranzistoare. Tranzistoarele au înlocuit complet tuburile de vid, care erau voluminoase și mai puțin sigure. Din aceste lămpi a fost pompat aer, făcând din ce în ce mai mică concentrația de aer din vas. În cele din urmă, concentrația s-a dovedit a fi atât de scăzută încât moleculele de gaz au zburat de la un perete al vasului la altul fără a se ciocni unul de altul. Această stare a gazului se numește vid. Adică, vidul este o stare a materiei în care moleculele sale pot zbura de la un perete al vasului la altul fără a experimenta vreodată o coliziune. Se pune întrebarea: dacă există atât de puțină materie în vid, cum poate fi condus curentul prin vid? La urma urmei, aceasta necesită transportatori de taxe.
Pentru prima dată, Thomas Edison (cunoscut de toată lumea ca inventatorul lămpii cu incandescență industrială) a reușit. Luați în considerare experimentul lui Edison. Thomas Edison a pus două plăci metalice într-o sticlă de vid. El a conectat un electrometru la plăci pentru a înregistra aspectul unui curent electric și a început să încălzească una dintre plăci.
Când placa a fost suficient de fierbinte, electrometrul a arătat că există o încărcare pe a doua placă. Acest lucru ar putea fi explicat doar prin faptul că un curent electric curge în vid.
Ideea este următoarea: un nor de electroni se formează în jurul metalului încălzit. Odată cu creșterea cineticii medii, mulți electroni devin liberi, scăpând de pe suprafața metalului, precum moleculele care scapă de pe suprafața apei în timpul evaporării. Unii dintre acești electroni au lovit a doua placă, creând astfel o încărcare diferită de ea. Acest proces se numește emisie termionică. Adică, emisia termionică este procesul de emisie de electroni de către un metal încălzit. Trebuie remarcat faptul că nu vorbim despre o temperatură atât de ridicată care ar distruge metalul în sine.
Pe baza acestei proprietăți, un dispozitiv precum dioda de vid... Doi electrozi sunt așezați într-un cilindru de vid: rece și fierbinte. După cum sa menționat mai devreme, un electrod fierbinte emite mult mai mulți electroni decât unul rece.
Ca urmare, unul dintre electrozi este încărcat negativ, în timp ce celălalt este încărcat pozitiv. Se numește electrodul fierbinte catod, iar electrodul rece este numit anod... Acum să vedem ce se întâmplă dacă conectăm anodul la polul pozitiv al sursei curente și catodul la negativ. În acest caz, vectorul puterii câmpului electric va fi direcționat de la anod la catod. Deoarece direcția vectorului de tensiune indică direcția de mișcare a sarcinilor pozitive, electronii se vor deplasa în direcția opusă (adică de la catod la anod). Ca urmare, va apărea un curent electric între electrozi, adică circuitul se va închide și un curent electric va curge pe tot circuitul. Dacă acum schimbăm polaritatea, atunci se va schimba și direcția vectorului de intensitate a câmpului electric. În acest caz, câmpul va împinge electronii înapoi către catod, iar circuitul va fi deschis. Prin urmare, dioda de vid are conductivitate unidirecțională și poate fi, de asemenea, utilizat pentru a converti curent alternativ în curent continuu. Dacă luăm în considerare caracteristica curent-tensiune a unei diode de vid, vom vedea că curentul apare într-o singură direcție și crește destul de repede odată cu creșterea tensiunii.
Astăzi, diodele de vid au fost aproape complet înlocuite de diode semiconductoare, dar aceste dispozitive au o idee comună.
Să luăm acum în considerare apariția curentului electric în gaze. După cum știți, în stare normală, gazele sunt dielectrice datorită faptului că au foarte puține încărcări gratuite. Dacă luăm un condensator încărcat și conectăm un electrometru la acesta, ne vom asigura că acul electrometrului practic nu se mișcă.
Acest lucru ne spune că condensatorul se descarcă foarte lent. Dacă acum încălzim aerul între plăcile condensatorului, atunci acul electrometrului va începe să se apropie de zero destul de repede.
Acest lucru indică faptul că condensatorul se descarcă, adică aerul la o temperatură mai mare devine conductor. Un curent electric care trece printr-un gaz se numește descărcare de gaz.
Trebuie spus că există două moduri de a crea un curent electric într-un gaz: de a diviza moleculele neutre în ioni și electroni sau de a introduce sarcini libere gata făcute în gaz. Cea mai frecvent utilizată metodă se numește ionizare. Ionizarea este procesul de separare a moleculelor neutre în ioni și electroni.
După cum tocmai am văzut, ionizarea gazului are loc atunci când este încălzită. Acest lucru se datorează faptului că la temperaturi mai ridicate, moleculele de gaz încep să se miște din ce în ce mai repede, respectiv, ciocnindu-se cu o forță tot mai mare. În astfel de coliziuni, unele molecule se descompun în ioni și electroni încărcați pozitiv. Trebuie să spun că ionii încărcați negativ se pot forma și într-un gaz: dacă un electron liber se alătură unui atom neutru.
Trebuie remarcat faptul că ionizarea unui gaz poate fi cauzată nu numai prin încălzire, ci și prin expunerea acestui gaz la anumite tipuri de radiații.
Există două tipuri de descărcări de gaze: descărcări care nu se autosusțin și autosustenabile. Descărcarea care nu se autosusține este fluxul unui curent electric într-un gaz numai sub influența unui ionizator extern. Adică, dacă descărcarea nu este autosusținută, atunci când ionizatorul nu mai funcționează, curentul electric va înceta să curgă în gaz.
Auto-descărcarea este fluxul de curent electric în gaz chiar și după oprirea ionizatorului extern. Adică, dacă descărcarea este independentă, atunci curentul nu va înceta să mai existe în gaz când ionizatorul este oprit.
Să realizăm un experiment care ne va ajuta să stabilim caracteristica curent-tensiune a gazelor. Pentru a face acest lucru, vom asambla următorul circuit: în primul rând, avem nevoie de un ionizator.
Acest ionizator include doi electrozi: pozitiv (anod) și negativ (catod). Desigur, avem nevoie și de o sticlă de sticlă, în care vom pune gazul sub investigație. Desigur, trebuie să existe o sursă de curent în circuitul nostru, cu ajutorul căruia creăm un câmp electric. Pentru a măsura tensiunea, avem nevoie de un voltmetru, iar pentru a măsura curentul, avem nevoie de un ampermetru. Pentru a putea regla puterea actuală, avem nevoie de un reostat. Deci, lanțul nostru este gata. Pentru comoditate, îl putem descrie schematic, precum și construi un grafic care afișează caracteristica curent-tensiune a unui gaz dat.
După cum puteți vedea, graficul este împărțit în trei secțiuni: până la punctul A, între punctele A și B și după punctul B. Deci, prima parte a graficului este o dependență aproape liniară a puterii curentului de tensiune. Adică, în prima secțiune, fluxul de curent electric respectă legea binecunoscută a lui Ohm. Dacă ne uităm acum la a doua secțiune, ne vom asigura că curentul practic nu crește, în ciuda creșterii tensiunii. Ideea de aici este următoarea: la un moment dat, apare o stare în care se formează tot atâtea sarcini pe unitate de timp pe cât sarcinile ajung la electrozi în același timp. Adică, pur și simplu nu există niciun loc pentru a lua transportatori de taxe suplimentare, din cauza cărora puterea actuală ar crește. În astfel de cazuri, se spune că curentul a ajuns la saturație... Dar, după cum se poate vedea din grafic, problema nu se termină încă aici. Dacă continuați să creșteți tensiunea, atunci curentul, la un moment dat, începe din nou să crească rapid. Aceasta corespunde celei de-a treia secțiuni a graficului - secțiunea de după punctul B.
Cu cât tensiunea este mai mare, cu atât acționează câmpul electric asupra particulelor încărcate. Drept urmare, electronii încep să aibă o energie destul de mare și, atunci când se ciocnesc cu atomi neutri, elimină din ele sarcini suplimentare. Când gazul a atins această stare, ionizatorul extern nu mai este necesar pentru a menține curentul, prin urmare, aici vorbim despre auto-descărcare. Energia cinetică a unui electron este proporțională cu intensitatea câmpului și calea liberă (adică distanța parcursă fără coliziuni). Deci, dacă această energie a unui electron depășește munca care trebuie făcută pentru a ioniza un atom neutru, atunci un astfel de electron ionizează independent un atom neutru. Acest proces se numește ionizarea impactului electronilor... Mai mult, ionii pozitivi care se deplasează spre catod au, de asemenea, suficientă energie pentru a scoate electroni din el. În plus, un număr atât de mare de lovituri pe catod duce la încălzirea acestuia. Și încălzirea, după cum știm, duce la emisii termionice. În acest caz, numărul de particule încărcate devine atât de mare încât ionizatorul nu mai este necesar și o astfel de descărcare, desigur, este independentă.
