สิ่งที่แสดงถึงกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ
ในบทเรียนนี้เรายังคงศึกษาการไหลของกระแสในสื่อต่างๆโดยเฉพาะในสุญญากาศ เราจะพิจารณากลไกของการก่อตัวของประจุไฟฟ้าฟรีพิจารณาอุปกรณ์ทางเทคนิคหลักที่ทำงานบนหลักการของกระแสในสูญญากาศ: ไดโอดและหลอดแคโทด - เรย์ นอกจากนี้เรายังระบุคุณสมบัติหลักของลำแสงอิเล็กตรอน
ผลของการทดลองอธิบายได้ดังนี้: อันเป็นผลมาจากความร้อนโลหะจากโครงสร้างอะตอมของมันจะเริ่มปล่อยอิเล็กตรอนออกมาโดยเปรียบเทียบกับการปล่อยโมเลกุลของน้ำในระหว่างการระเหย โลหะอุ่นล้อมรอบเมฆอิเล็กตรอน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการคายความร้อน
รูป: 2. แผนการทดลองของเอดิสัน
คุณสมบัติของลำแสงอิเล็กตรอน
ในทางเทคโนโลยีการใช้สิ่งที่เรียกว่าลำแสงอิเล็กตรอนมีความสำคัญมาก
คำจำกัดความลำแสงอิเล็กตรอนคือกระแสของอิเล็กตรอนซึ่งมีความยาวมากกว่าความกว้างมาก มันค่อนข้างง่ายที่จะได้รับมัน ก็เพียงพอที่จะใช้หลอดสูญญากาศซึ่งกระแสไหลผ่านและสร้างรูในขั้วบวกซึ่งอิเล็กตรอนที่เร่งความเร็วไป (ที่เรียกว่าปืนอิเล็กตรอน) (รูปที่ 3)
รูป: 3. ปืนอิเล็กตรอน
ลำแสงอิเล็กตรอนมีคุณสมบัติที่สำคัญหลายประการ:
อันเป็นผลมาจากการมีพลังงานจลน์สูงจึงมีผลต่อความร้อนต่อวัสดุที่เกิดการชน คุณสมบัตินี้ใช้ในการเชื่อมอิเล็กทรอนิกส์ จำเป็นต้องมีการเชื่อมแบบอิเล็กทรอนิกส์เมื่อรักษาความบริสุทธิ์ของวัสดุไว้เป็นสิ่งสำคัญเช่นเมื่อเชื่อมเซมิคอนดักเตอร์
- เมื่อชนกับโลหะ ลำแสงอิเล็กตรอน, ชะลอตัว, ฉายรังสีเอกซ์ที่ใช้ในการแพทย์และเทคโนโลยี (รูปที่ 4)
รูป: 4. ภาพที่ถ่ายด้วยรังสี X-ray ()
- เมื่อลำแสงอิเล็กตรอนกระทบกับสารบางชนิดที่เรียกว่าฟอสเฟอร์จะมีการเรืองแสงเกิดขึ้นซึ่งทำให้สามารถสร้างหน้าจอที่ช่วยตรวจสอบการเคลื่อนที่ของลำแสงซึ่งแน่นอนว่ามองไม่เห็นด้วยตาเปล่า
- ความสามารถในการควบคุมการเคลื่อนที่ของคานโดยใช้สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก
ควรสังเกตว่าอุณหภูมิที่สามารถระบายความร้อนได้ต้องไม่เกินอุณหภูมิที่โครงสร้างโลหะถูกทำลาย
ตอนแรกเอดิสันใช้การออกแบบต่อไปนี้เพื่อสร้างกระแสในสุญญากาศ ตัวนำที่เชื่อมต่อกับวงจรถูกวางไว้ในท่อสูญญากาศที่ด้านหนึ่งและอีกด้านหนึ่งมีอิเล็กโทรดประจุบวก (ดูรูปที่ 5):
รูป: ห้า
อันเป็นผลมาจากการไหลของกระแสผ่านตัวนำมันจะเริ่มร้อนขึ้นปล่อยอิเล็กตรอนซึ่งดึงดูดไปยังขั้วบวก ในท้ายที่สุดการเคลื่อนที่โดยตรงของอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้นซึ่งในความเป็นจริงก็คือกระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตามจำนวนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมามีขนาดเล็กเกินไปซึ่งให้กระแสไฟฟ้าน้อยเกินไปสำหรับการใช้งานใด ๆ ปัญหานี้สามารถจัดการได้โดยการเพิ่มอิเล็กโทรดอื่น อิเล็กโทรดที่มีศักย์เป็นลบดังกล่าวเรียกว่าอิเล็กโทรดแบบไส้โดยอ้อม ด้วยการใช้งานจำนวนอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่จะเพิ่มขึ้นหลายครั้ง (รูปที่ 6)
รูป: 6. ใช้อิเล็กโทรดเรืองแสงทางอ้อม
เป็นที่น่าสังเกตว่าการนำไฟฟ้าในสุญญากาศในปัจจุบันเหมือนกับโลหะ - อิเล็กทรอนิกส์ แม้ว่ากลไกการปรากฏตัวของอิเล็กตรอนอิสระเหล่านี้จะแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง
จากปรากฏการณ์ของการปล่อยความร้อนอุปกรณ์ที่เรียกว่าไดโอดสูญญากาศถูกสร้างขึ้น (รูปที่ 7)
รูป: 7. การกำหนดไดโอดสูญญากาศบนแผนผังสายไฟ
ไดโอดสูญญากาศ
มาดูไดโอดสูญญากาศกันดีกว่า ไดโอดมีสองประเภทคือไดโอดที่มีฟิลาเมนต์และแอโนดและไดโอดที่มีฟิลาเมนต์ที่มีแอโนดและแคโทด ครั้งแรกเรียกว่าไดโอดที่ให้ความร้อนโดยตรงส่วนที่สอง - ให้ความร้อนทางอ้อม ในทางเทคโนโลยีมีการใช้ทั้งแบบแรกและแบบที่สองอย่างไรก็ตามไดโอดที่ให้ความร้อนโดยตรงมีข้อเสียคือเมื่อถูกความร้อนความต้านทานของไส้หลอดจะเปลี่ยนไปซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของกระแสผ่านไดโอด และเนื่องจากสำหรับการดำเนินการบางอย่างที่ใช้ไดโอดจำเป็นต้องใช้กระแสไฟฟ้าคงที่อย่างสมบูรณ์จึงเป็นการสมควรกว่าที่จะใช้ไดโอดประเภทที่สอง
ในทั้งสองกรณีอุณหภูมิของไส้หลอดสำหรับการแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพควรเท่ากับ 
.
ไดโอดใช้ในการแก้ไขกระแสสลับ หากใช้ไดโอดเพื่อแปลงกระแสเป็นค่าอุตสาหกรรมจะเรียกว่าเคโนตรอน
อิเล็กโทรดที่อยู่ใกล้กับองค์ประกอบที่เปล่งอิเล็กตรอนเรียกว่าแคโทด () ส่วนอีกอันเรียกว่าแอโนด () ด้วยการเชื่อมต่อที่ถูกต้องเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นกระแสจะเพิ่มขึ้น ด้วยการเชื่อมต่อแบบย้อนกลับกระแสจะไม่ไหลเลย (รูปที่ 8) ด้วยวิธีนี้ไดโอดสูญญากาศจึงเปรียบเทียบได้ดีกับไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งเมื่อเปิดอีกครั้งกระแสไฟฟ้าแม้จะน้อยที่สุด เนื่องจากคุณสมบัตินี้จึงใช้ไดโอดสูญญากาศเพื่อแก้ไขกระแสสลับ
รูป: 8. ลักษณะแรงดันกระแสของไดโอดสูญญากาศ
อุปกรณ์อื่นที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของกระบวนการไหลของกระแสในสุญญากาศคือไตรโอดไฟฟ้า (รูปที่ 9) การออกแบบแตกต่างจากไดโอดโดยมีอิเล็กโทรดที่สามเรียกว่ากริด อุปกรณ์เช่นหลอดรังสีแคโทดยังขึ้นอยู่กับหลักการของกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศซึ่งประกอบด้วยอุปกรณ์จำนวนมากเช่นออสซิลโลสโคปและโทรทัศน์แบบหลอด
รูป: 9. วงจรไตรโอดสุญญากาศ
หลอดแคโทด - เรย์
ดังที่ได้กล่าวมาแล้วบนพื้นฐานของคุณสมบัติของการแพร่กระจายในปัจจุบันในสุญญากาศอุปกรณ์ที่สำคัญเช่นหลอดรังสีแคโทดได้รับการออกแบบ หัวใจสำคัญของการทำงานคือการใช้คุณสมบัติของลำแสงอิเล็กตรอน ลองพิจารณาโครงสร้างของอุปกรณ์นี้ หลอดรังสีแคโทดประกอบด้วยกระติกที่มีการขยายตัวปืนอิเล็กตรอนสองแคโทดและขั้วไฟฟ้าที่ตั้งฉากกันสองคู่ (รูปที่ 10)
รูป: 10. โครงสร้างของหลอดรังสีแคโทด
หลักการทำงานมีดังนี้: อิเล็กตรอนที่หนีออกจากปืนเนื่องจากการปล่อยเทอร์มิออนิกจะถูกเร่งเนื่องจากศักยภาพเชิงบวกที่ขั้วบวก จากนั้นโดยใช้แรงดันไฟฟ้าที่ต้องการกับคู่ของอิเล็กโทรดควบคุมเราสามารถเบี่ยงเบนลำแสงอิเล็กตรอนได้ตามที่เราต้องการในแนวนอนและแนวตั้ง จากนั้นลำแสงพุ่งตกลงบนหน้าจอสารเรืองแสงซึ่งทำให้เราเห็นภาพของวิถีลำแสงที่อยู่บนนั้น
หลอดรังสีแคโทดใช้ในอุปกรณ์ที่เรียกว่าออสซิลโลสโคป (รูปที่ 11) ซึ่งออกแบบมาเพื่อศึกษาสัญญาณไฟฟ้าและในโทรทัศน์หลอดภาพโดยมีข้อยกเว้นเพียงประการเดียวที่ลำแสงอิเล็กตรอนถูกควบคุมโดยสนามแม่เหล็ก
รูป: 11. ออสซิลโลสโคป ()
ในบทเรียนถัดไปเราจะวิเคราะห์การผ่านของกระแสไฟฟ้าในของเหลว
รายการอ้างอิง
- Tikhomirova S.A. , Yavorsky B.M. ฟิสิกส์ (ระดับพื้นฐาน) - M .: Mnemosina, 2012
- Gendenshtein L.E. , Dick Yu.I. ฟิสิกส์เกรด 10 - ม.: อิเล็คซ่า, 2548
- Myakishev G.Ya. , Sinyakov A.Z. , Slobodskov B.A. ฟิสิกส์. ไฟฟ้ากระแส. - ม.: 2553.
- Physics.kgsu.ru ()
- มหาวิหารนารอด. รู ().
การบ้าน
- e-emission คืออะไร?
- วิธีการควบคุมลำแสงอิเล็กตรอนมีอะไรบ้าง?
- การนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างไร?
- อิเล็กโทรดเรืองแสงทางอ้อมใช้สำหรับอะไร?
- * คุณสมบัติหลักของไดโอดสูญญากาศคืออะไร? มันเกิดจากอะไร?
กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ
สุญญากาศคือสถานะของก๊าซที่ความดันน้อยกว่าบรรยากาศ แยกความแตกต่างระหว่างสุญญากาศต่ำปานกลางและสูง
ในการสร้างสูญญากาศสูงจำเป็นต้องเกิดปฏิกิริยาหายากซึ่งเส้นทางอิสระเฉลี่ยของโมเลกุลมากกว่าขนาดของเรือหรือระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดในเรือ ดังนั้นหากมีการสร้างสุญญากาศขึ้นในเรือโมเลกุลในนั้นแทบจะไม่ชนกันและบินได้อย่างอิสระผ่านช่องว่าง interelectrode ในกรณีนี้พวกเขาพบการชนกับขั้วไฟฟ้าหรือผนังของเรือเท่านั้น
เพื่อให้กระแสมีอยู่ในสุญญากาศแหล่งที่มาของอิเล็กตรอนอิสระจะต้องถูกวางไว้ในสุญญากาศ ความเข้มข้นสูงสุดของอิเล็กตรอนอิสระในโลหะ แต่ที่อุณหภูมิห้องพวกมันไม่สามารถออกจากโลหะได้เพราะมันถูกกักไว้ด้วยแรงดึงดูดของคูลอมบ์ของไอออนบวก ในการเอาชนะแรงเหล่านี้อิเล็กตรอนจำเป็นต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่งซึ่งเรียกว่าฟังก์ชันการทำงานเพื่อที่จะออกจากพื้นผิวโลหะ
ถ้าพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนเกินหรือเท่ากับฟังก์ชันการทำงานมันจะออกจากพื้นผิวโลหะและกลายเป็นอิสระ
กระบวนการปล่อยอิเล็กตรอนจากพื้นผิวโลหะเรียกว่าการปล่อย ขึ้นอยู่กับว่าพลังงานถูกถ่ายโอนไปยังอิเล็กตรอนอย่างไรการแผ่รังสีหลายประเภทมีความแตกต่างกัน หนึ่งในนั้นคือการปล่อยเทอร์โมอิเล็กทรอนิกส์
Øการปล่อยอิเล็กตรอนโดยร่างกายที่ให้ความร้อนเรียกว่าการปล่อยด้วยเทอร์โมอิเล็กทรอนิกส์
ปรากฏการณ์ของการคายความร้อนทำให้อิเล็กโทรดโลหะร้อนปล่อยอิเล็กตรอนออกมาอย่างต่อเนื่อง อิเล็กตรอนก่อตัวเป็นเมฆอิเล็กตรอนรอบขั้วไฟฟ้า ในกรณีนี้อิเล็กโทรดจะถูกประจุเป็นบวกและภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าของเมฆที่มีประจุอิเล็กตรอนจากเมฆบางส่วนจะกลับไปที่อิเล็กโทรด
ในสภาวะสมดุลจำนวนอิเล็กตรอนที่ออกจากอิเล็กโทรดต่อวินาทีจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่กลับสู่อิเล็กโทรดในช่วงเวลานี้
2. กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ
เพื่อให้กระแสมีอยู่จะต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขสองประการ: การมีอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าอิสระและสนามไฟฟ้า ในการสร้างเงื่อนไขเหล่านี้อิเล็กโทรดสองตัว (แคโทดและขั้วบวก) จะถูกวางไว้ในบอลลูนและอากาศจะถูกสูบออกจากบอลลูน อันเป็นผลมาจากการให้ความร้อนแก่แคโทดอิเล็กตรอนจะหนีออกจากมัน ศักย์ลบถูกนำไปใช้กับแคโทดและศักย์บวกกับขั้วบวก
กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศคือการเคลื่อนที่ตามทิศทางของอิเล็กตรอนที่เกิดจากการปล่อยความร้อน
3. ไดโอดสูญญากาศ
ไดโอดสูญญากาศที่ทันสมัยประกอบด้วยบอลลูนแก้วหรือเซอร์เมทซึ่งอากาศจะถูกถ่ายเทออกไปที่ความดัน 10-7 มม. ปรอท ศิลปะ. อิเล็กโทรดสองตัวถูกบัดกรีเข้าไปในบอลลูนซึ่งหนึ่งในนั้นคือแคโทดมีรูปทรงกระบอกโลหะแนวตั้งที่ทำจากทังสเตนและมักจะหุ้มด้วยออกไซด์ของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ ธ
ตัวนำฉนวนตั้งอยู่ภายในแคโทดซึ่งได้รับความร้อนจากกระแสสลับ แคโทดที่ให้ความร้อนจะปล่อยอิเล็กตรอนไปถึงขั้วบวก ขั้วบวกของหลอดไฟเป็นทรงกระบอกกลมหรือวงรีที่มีแกนร่วมกับแคโทด
การนำไฟฟ้าด้านเดียวของไดโอดสูญญากาศเกิดจากความร้อนอิเล็กตรอนบินออกจากแคโทดร้อนและย้ายไปยังขั้วบวกที่เย็นเนื่องจากความร้อน อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ผ่านไดโอดจากแคโทดไปยังขั้วบวกเท่านั้น (นั่นคือกระแสไฟฟ้าสามารถไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามเท่านั้น: จากขั้วบวกไปยังขั้วลบ)
รูปนี้จะจำลองลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของไดโอดสูญญากาศ (ค่าแรงดันลบจะสอดคล้องกับกรณีที่ศักย์ของแคโทดสูงกว่าศักย์ของขั้วบวกนั่นคือสนามไฟฟ้า "พยายาม" ที่จะส่งอิเล็กตรอนกลับไปที่แคโทด)
ไดโอดสูญญากาศใช้เพื่อแก้ไขกระแสสลับ หากคุณวางอิเล็กโทรด (กริด) อื่นระหว่างแคโทดและขั้วบวกการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าระหว่างกริดและแคโทดแม้เพียงเล็กน้อยก็จะส่งผลต่อกระแสแอโนดอย่างมีนัยสำคัญ หลอดอิเล็กทรอนิกส์ (ไตรโอด) ดังกล่าวสามารถขยายสัญญาณไฟฟ้าอ่อน ๆ ดังนั้นในบางครั้งหลอดไฟเหล่านี้จึงเป็นองค์ประกอบหลักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
4. หลอดแคโทด - เรย์
กระแสไฟฟ้าในสูญญากาศถูกใช้ในหลอดแคโทด - เรย์ (CRT) โดยที่โทรทัศน์หรือออสซิลโลสโคปไม่สามารถจินตนาการได้เป็นเวลานาน
ภาพแสดงการออกแบบที่เรียบง่ายของ CRT
"ปืน" อิเล็กตรอนที่คอของหลอดคือแคโทดที่ปล่อยลำแสงอิเล็กตรอนที่รุนแรง ระบบพิเศษของกระบอกสูบที่มีรู (1) เน้นลำแสงนี้ทำให้แคบลง เมื่ออิเล็กตรอนชนหน้าจอ (4) มันจะเริ่มเรืองแสง คุณสามารถควบคุมการไหลของอิเล็กตรอนโดยใช้เพลตแนวตั้ง (2) หรือแนวนอน (3)
พลังงานสำคัญสามารถถ่ายโอนไปยังอิเล็กตรอนในสุญญากาศ คานอิเล็กตรอนสามารถใช้ในการหลอมโลหะในสุญญากาศ
บทเรียนที่ 40-169 กระแสไฟฟ้าในก๊าซ กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ
ภายใต้สภาวะปกติก๊าซเป็นอิเล็กทริก (ร ) เช่น ประกอบด้วยอะตอมและโมเลกุลที่เป็นกลางและไม่มีตัวพากระแสไฟฟ้าอิสระ ตัวนำแก๊ส เป็นก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนมีการนำอิเล็กตรอน - ไอออนิกอากาศ - อิเล็กทริก
ก๊าซไอออไนเซชัน - นี่คือการสลายตัวของอะตอมหรือโมเลกุลที่เป็นกลางให้กลายเป็นไอออนบวกและอิเล็กตรอนภายใต้การกระทำของเครื่องสร้างไอออน (อัลตราไวโอเลตรังสีเอกซ์และรังสีกัมมันตภาพรังสีความร้อน) และอธิบายได้จากการสลายตัวของอะตอมและโมเลกุลในการชนกันด้วยความเร็วสูง การปล่อยก๊าซ - ทางเดินของกระแสไฟฟ้าผ่านก๊าซ พบการปล่อยก๊าซในท่อปล่อยก๊าซ (หลอดไฟ) เมื่อสัมผัสกับสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก 
การรวมตัวกันใหม่ของอนุภาคที่มีประจุ
การปล่อยก๊าซแบบไม่ต้องพึ่งตนเอง เป็นการปลดปล่อยที่มีอยู่ภายใต้อิทธิพลของไอออไนเซอร์ภายนอกเท่านั้น ก๊าซในท่อแตกตัวเป็นไอออนมีอิเล็กโทรดให้มา แรงดันไฟฟ้า (U) และกระแสไฟฟ้า (I) เกิดขึ้นในหลอด ด้วย U ที่เพิ่มขึ้นฉันจะเพิ่มขึ้นในปัจจุบัน เมื่ออนุภาคที่มีประจุทั้งหมดก่อตัวขึ้นในวินาทีถึงขั้วไฟฟ้าในช่วงเวลานี้ (ที่แรงดันไฟฟ้าที่แน่นอน (U *) กระแสถึงอิ่มตัว (I n) หากการทำงานของไอออไนเซอร์หยุดลงการคายประจุจะหยุดลงด้วย (I \u003d 0) การปล่อยก๊าซในตัว - การคายประจุในก๊าซที่ยังคงอยู่หลังจากการสิ้นสุดของไอออนไนเซอร์ภายนอกเนื่องจากไอออนและอิเล็กตรอนที่เป็นผลมาจากอิออไนเซชัน (\u003d ไอออไนเซชันของไฟฟ้าช็อต) เกิดขึ้นจากการเพิ่มขึ้นของความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรด (การถล่มของอิเล็กตรอนเกิดขึ้น) ที่ค่าแรงดันไฟฟ้าที่แน่นอน (U breakdown) ความแรงในปัจจุบันอีกครั้ง เพิ่มขึ้น ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องสร้างประจุไอออนเพื่อรักษาการคายประจุอีกต่อไป อิเลคตรอนกระทบอิออไนเซชันเกิดขึ้น. การปล่อยก๊าซที่ไม่สามารถดำรงอยู่ได้เองสามารถเปลี่ยนเป็นการปลดปล่อยก๊าซที่คงตัวได้เองเมื่อU a \u003d U จุดระเบิด การสลายไฟฟ้าของก๊าซ - การเปลี่ยนการปล่อยก๊าซที่ไม่สามารถดำรงอยู่ได้ด้วยตัวเองไปสู่การปล่อยก๊าซที่เป็นอิสระ ประเภทของการปล่อยก๊าซอย่างยั่งยืน:
1. เรืองแสง - ที่ความดันต่ำ (สูงถึงหลายมม. ปรอท) - สังเกตได้ในหลอดแก๊สและเลเซอร์แก๊ส (หลอดฟลูออเรสเซนต์) 2. สปาร์ค - ที่ความดันปกติ (ป =
ป
aTM) และความแรงของสนามไฟฟ้าสูง E (ฟ้าผ่า - ความแรงของกระแสไฟฟ้าสูงถึงหลายแสนแอมแปร์) 3. โคโรนา - ที่ความดันปกติในสนามไฟฟ้าที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน (ที่ปลายไฟของ St. Elmo) 4.arc - เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดที่เลื่อนอย่างใกล้ชิด - ความหนาแน่นกระแสสูงแรงดันไฟฟ้าต่ำระหว่างอิเล็กโทรด (ในไฟสปอร์ตไลท์อุปกรณ์ฉายภาพยนต์การเชื่อมหลอดปรอท)
พลาสม่า - นี่คือสถานะที่สี่ของการรวมตัวของสสารที่มีระดับไอออไนเซชันสูงเนื่องจากการชนกันของโมเลกุลด้วยความเร็วสูงที่อุณหภูมิสูง เกิดขึ้นในธรรมชาติ: ไอโอโนสเฟียร์ - พลาสมาที่แตกตัวเป็นไอออนอย่างอ่อนดวงอาทิตย์ - พลาสมาที่แตกตัวเป็นไอออนอย่างเต็มที่ พลาสมาเทียม - ในหลอดปล่อยก๊าซ พลาสม่าคือ 1. - อุณหภูมิต่ำ T 10 5 K. คุณสมบัติพื้นฐานของพลาสมา: - การนำไฟฟ้าสูง - ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงกับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กภายนอก ที่ T \u003d 20 ∙ 10 3 ÷ 30 ∙ 10 3 K สารใด ๆ ก็คือพลาสมา 99% ของสารในจักรวาลเป็นพลาสมา
กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ
). ในสุญญากาศ: - กระแสไฟฟ้าเป็นไปไม่ได้เพราะ จำนวนโมเลกุลที่แตกตัวเป็นไอออนที่เป็นไปได้ไม่สามารถให้การนำไฟฟ้าได้ - คุณสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าในสูญญากาศได้หากคุณใช้แหล่งที่มาของอนุภาคที่มีประจุ - การกระทำของแหล่งที่มาของอนุภาคที่มีประจุสามารถขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของการปล่อยความร้อน การปล่อยความร้อน - ปรากฏการณ์ของการปล่อยอิเล็กตรอนอิสระจากพื้นผิวของวัตถุที่ร้อนการปล่อยอิเล็กตรอนโดยของแข็งหรือของเหลวเกิดขึ้นเมื่อพวกมันได้รับความร้อนถึงอุณหภูมิที่สอดคล้องกับการเรืองแสงที่มองเห็นได้ของโลหะร้อน อิเล็กโทรดโลหะที่ให้ความร้อนจะปล่อยอิเล็กตรอนออกมาอย่างต่อเนื่องก่อตัวเป็นเมฆอิเล็กตรอนรอบ ๆในสภาวะสมดุลจำนวนอิเล็กตรอนที่ออกจากอิเล็กโทรดจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่กลับเข้ามา (เนื่องจากอิเล็กโทรดจะถูกประจุไฟฟ้าเป็นบวกเมื่อสูญเสียอิเล็กตรอน) ยิ่งอุณหภูมิของโลหะสูงขึ้นความหนาแน่นของเมฆอิเล็กตรอนก็จะยิ่งสูงขึ้น กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศเป็นไปได้ในหลอดสุญญากาศ หลอดไฟอิเล็กทรอนิกส์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ปรากฏการณ์ของการปล่อยความร้อน 
ไดโอดสูญญากาศ
CVC (ลักษณะแรงดันกระแส) ของไดโอดสูญญากาศ
กระแสอินพุตไดโอด rectifier ที่แรงดันไฟฟ้าแอโนดต่ำอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแคโทดทั้งหมดจะไม่ถึงขั้วบวกและกระแสไฟฟ้ามีขนาดเล็ก ที่แรงดันไฟฟ้าสูงกระแสจะถึงจุดอิ่มตัวเช่น ค่าสูงสุด ไดโอดสูญญากาศเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าด้านเดียวและใช้สำหรับการแก้ไขกระแสสลับ ลำแสงอิเล็กตรอน เป็นกระแสของอิเล็กตรอนที่บินอย่างรวดเร็วในท่อสุญญากาศและอุปกรณ์ปล่อยก๊าซ คุณสมบัติของลำแสงอิเล็กตรอน: - เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้า - เบี่ยงเบนไปในสนามแม่เหล็กภายใต้การกระทำของแรงลอเรนซ์ - เมื่อลำแสงกระทบกับสารช้าลงจะเกิดรังสีเอ็กซ์เรย์ - ทำให้เกิดการเรืองแสง (เรืองแสง) ของของแข็งและของเหลวบางชนิด (ฟอสเฟอร์) - ทำให้สารร้อนตกลงมา
หลอดรังสีแคโทด (CRT)
กระแสไฟฟ้าคือการเคลื่อนที่อย่างมีระเบียบของประจุไฟฟ้า สามารถหาได้ตัวอย่างเช่นในตัวนำที่เชื่อมต่อกับร่างกายที่มีประจุและไม่มีประจุ อย่างไรก็ตามกระแสนี้จะหยุดทันทีที่ความต่างศักย์ระหว่างร่างกายเหล่านี้กลายเป็นศูนย์ กระแสไฟฟ้าที่สั่งซื้อ) จะมีอยู่ในตัวนำที่เชื่อมต่อกับแผ่นของตัวเก็บประจุที่มีประจุ ในกรณีนี้กระแสจะมาพร้อมกับการทำให้เป็นกลางของประจุบนแผ่นตัวเก็บประจุและดำเนินต่อไปจนกว่าความต่างศักย์ของแผ่นตัวเก็บประจุจะกลายเป็นศูนย์
ตัวอย่างเหล่านี้แสดงให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้าในตัวนำเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อมีความต่างศักย์ที่ปลายของตัวนำนั่นคือเมื่อมีสนามไฟฟ้าอยู่
แต่ในตัวอย่างที่พิจารณาแล้วกระแสไฟฟ้าไม่สามารถอยู่ได้ในระยะยาวเนื่องจากในกระบวนการเคลื่อนย้ายประจุศักยภาพของร่างกายจะเท่ากันอย่างรวดเร็วและสนามไฟฟ้าในตัวนำจะหายไป
ดังนั้นเพื่อให้ได้กระแสจึงจำเป็นต้องรักษาศักยภาพที่แตกต่างกันที่ปลายของตัวนำ ในการทำเช่นนี้คุณสามารถถ่ายโอนประจุจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่งผ่านตัวนำอื่นเพื่อสร้างวงจรปิดสำหรับสิ่งนี้ อย่างไรก็ตามภายใต้การกระทำของกองกำลังของสนามไฟฟ้าเดียวกันการถ่ายโอนประจุดังกล่าวเป็นไปไม่ได้เนื่องจากศักยภาพของร่างกายที่สองน้อยกว่าศักยภาพของตัวแรก ดังนั้นการถ่ายโอนจะทำได้โดยแรงจากแหล่งกำเนิดที่ไม่ใช่ไฟฟ้าเท่านั้น การปรากฏตัวของแรงดังกล่าวจัดทำโดยแหล่งกระแสที่รวมอยู่ในวงจร
กองกำลังที่กระทำในแหล่งกำเนิดปัจจุบันจะถ่ายโอนประจุจากร่างกายที่มีศักยภาพต่ำกว่าไปยังร่างกายที่มีศักยภาพสูงกว่าและทำงานในเวลาเดียวกัน ดังนั้นจึงต้องมีพลังงาน
แหล่งที่มาในปัจจุบัน ได้แก่ เซลล์กัลวานิกแบตเตอรี่เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ฯลฯ
ดังนั้นเงื่อนไขหลักสำหรับการเกิดกระแสไฟฟ้า: การมีอยู่ของแหล่งกระแสและวงจรปิด
ทางเดินของกระแสในวงจรจะมาพร้อมกับปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ง่ายหลายอย่าง ตัวอย่างเช่นในของเหลวบางชนิดเมื่อกระแสไหลผ่านจะสังเกตเห็นการปลดปล่อยสารบนอิเล็กโทรดที่แช่อยู่ในของเหลว กระแสในก๊าซมักจะมาพร้อมกับการเรืองแสงของก๊าซ ฯลฯ กระแสไฟฟ้าในก๊าซและสุญญากาศได้รับการศึกษาโดยอังเดรมารีแอมเปเรนักฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสที่มีชื่อเสียงซึ่งตอนนี้เราได้ทราบถึงธรรมชาติของปรากฏการณ์ดังกล่าวแล้ว
อย่างที่คุณทราบกันดีว่าสุญญากาศเป็นฉนวนที่ดีที่สุดนั่นคือช่องว่างที่อากาศจะถูกสูบออก
แต่คุณจะได้รับกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศซึ่งคุณจำเป็นต้องแนะนำตัวให้บริการประจุเข้าไป
ขึ้นเรือที่มีการอพยพทางอากาศ แผ่นโลหะสองแผ่น - อิเล็กโทรดสองตัว - ถูกบัดกรีลงในภาชนะนี้ เราเชื่อมต่อหนึ่งในนั้น A (ขั้วบวก) กับแหล่งกระแสบวกอีกตัว K (แคโทด) - ด้วยค่าลบ แรงดันไฟฟ้าระหว่างมันเพียงพอที่จะใช้ 80 - 100 V.
ลองรวมมิลลิแอมป์มิเตอร์ที่ละเอียดอ่อนในวงจร อุปกรณ์ไม่แสดงกระแสใด ๆ สิ่งนี้บ่งชี้ว่าไม่มีกระแสไฟฟ้าอยู่ในสุญญากาศ
มาปรับเปลี่ยนประสบการณ์กันเถอะ ในฐานะที่เป็นแคโทดเราบัดกรีลวดเข้าไปในเรือ - ด้ายโดยนำปลายออกมา ฟิลาเมนต์นี้จะยังคงเป็นแคโทด โดยใช้แหล่งกระแสอื่นเราจะทำให้มันร้อนขึ้น เราจะสังเกตได้ว่าทันทีที่เธรดได้รับความร้อนอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับวงจรจะแสดงกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศและยิ่งด้ายร้อนมากเท่าไหร่ ซึ่งหมายความว่าเมื่อได้รับความร้อนไส้หลอดจะทำให้แน่ใจว่ามีอนุภาคที่มีประจุอยู่ในสุญญากาศซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของมัน
อนุภาคเหล่านี้มีประจุไฟฟ้าอย่างไร? ประสบการณ์สามารถให้คำตอบสำหรับคำถามนี้ ลองเปลี่ยนขั้วของอิเล็กโทรดที่บัดกรีเข้ากับเรือ - สร้างขั้วบวกเกลียวและขั้วตรงข้าม - แคโทด และแม้ว่าไส้หลอดจะได้รับความร้อนและส่งอนุภาคที่มีประจุเข้าไปในสุญญากาศ แต่ก็ไม่มีกระแสไฟฟ้า
ตามมาว่าอนุภาคเหล่านี้จะมีประจุลบเนื่องจากถูกขับออกจากอิเล็กโทรด A เมื่อมีประจุลบ
อนุภาคเหล่านี้คืออะไร?
ตามทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์อิเล็กตรอนอิสระในโลหะกำลังเคลื่อนที่อย่างไม่เป็นระเบียบ เมื่อด้ายได้รับความร้อนการเคลื่อนไหวนี้จะเพิ่มขึ้น ในกรณีนี้อิเล็กตรอนบางตัวซึ่งได้รับพลังงานซึ่งเพียงพอที่จะออกบินออกจากเส้นใยก่อตัวเป็น "เมฆอิเล็กทรอนิกส์" รอบ ๆ ตัวมัน เมื่อเกิดสนามไฟฟ้าระหว่างไส้หลอดและขั้วบวกอิเล็กตรอนจะบินไปยังอิเล็กโทรด A ถ้ามันติดอยู่กับขั้วบวกของแบตเตอรี่และถูกขับไล่กลับไปที่ไส้หลอดถ้ามันเชื่อมต่อกับขั้วลบนั่นคือมันมีประจุชื่อเดียวกับอิเล็กตรอน
ดังนั้นกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศคือการไหลของอิเล็กตรอนโดยตรง
สุญญากาศคือสถานะของก๊าซที่ตายแล้วซึ่งเป็นเส้นทางที่ว่างโดยเฉลี่ยของโมเลกุลλมีขนาดใหญ่กว่าขนาดของเรือ d ซึ่งมีก๊าซอยู่
จากคำจำกัดความของสูญญากาศเป็นไปตามที่ไม่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลดังนั้นจึงไม่สามารถเกิดไอออไนซ์ของโมเลกุลได้ดังนั้นจึงไม่สามารถรับพาหะที่มีประจุไฟฟ้าอิสระได้ในสุญญากาศดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่กระแสไฟฟ้าในนั้น
ในการสร้างกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศคุณต้องวางแหล่งที่มาของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าอิสระไว้ในนั้น อิเล็กโทรดโลหะที่เชื่อมต่อกับแหล่งกระแสจะอยู่ในสุญญากาศ หนึ่งในนั้นถูกทำให้ร้อน (เรียกว่าแคโทด) อันเป็นผลมาจากกระบวนการไอออไนเซชันเกิดขึ้นนั่นคือ อิเล็กตรอนบินออกจากสารเกิดไอออนบวกและลบ การกระทำของแหล่งที่มาของอนุภาคที่มีประจุดังกล่าวอาจเป็นไปตามปรากฏการณ์ของการคายความร้อน
Thermionic emission เป็นกระบวนการปล่อยอิเล็กตรอนจากแคโทดที่ให้ความร้อน ปรากฏการณ์ของการคายความร้อนทำให้อิเล็กโทรดโลหะร้อนปล่อยอิเล็กตรอนออกมาอย่างต่อเนื่อง อิเล็กตรอนก่อตัวเป็นเมฆอิเล็กตรอนรอบขั้วไฟฟ้า อิเล็กโทรดจะถูกชาร์จเป็นบวกและภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าของเมฆที่มีประจุอิเล็กตรอนจากเมฆบางส่วนจะกลับไปที่อิเล็กโทรด ในสภาวะสมดุลจำนวนอิเล็กตรอนที่ออกจากอิเล็กโทรดต่อวินาทีจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่กลับสู่อิเล็กโทรดในช่วงเวลานี้ ยิ่งอุณหภูมิของโลหะสูงขึ้นความหนาแน่นของเมฆอิเล็กตรอนก็จะยิ่งสูงขึ้น งานที่อิเล็กตรอนต้องทำเพื่อออกจากโลหะเรียกว่าฟังก์ชันงาน A ออก
[A out] \u003d 1 eV
1 eV คือพลังงานที่อิเล็กตรอนได้รับเมื่อเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้าระหว่างจุดที่มีความต่างศักย์ 1 V
1 eV \u003d 1.6 * 10-19 J
ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิของอิเล็กโทรดร้อนและเย็นที่บัดกรีลงในภาชนะที่อากาศถูกถ่ายเทออกไปทำให้เกิดการนำกระแสไฟฟ้าด้านเดียวระหว่างทั้งสองขั้ว
เมื่อขั้วไฟฟ้าเชื่อมต่อกับแหล่งกระแสไฟฟ้าจะเกิดสนามไฟฟ้าระหว่างขั้วไฟฟ้า ถ้าขั้วบวกของแหล่งกระแสไฟฟ้าเชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดเย็น (ขั้วบวก) และขั้วลบกับขั้วที่ให้ความร้อน (แคโทด) เวกเตอร์ของความแรงของสนามไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังอิเล็กโทรดที่ให้ความร้อน ภายใต้การกระทำของสนามนี้อิเล็กตรอนบางส่วนออกจากเมฆอิเล็กตรอนและเคลื่อนที่ไปยังขั้วไฟฟ้าเย็น วงจรไฟฟ้าถูกปิดและมีกระแสไฟฟ้าอยู่ในนั้น ด้วยขั้วตรงข้ามของการเปิดแหล่งที่มาความแรงของสนามจะถูกส่งจากอิเล็กโทรดที่ให้ความร้อนไปยังขั้วที่เย็น สนามไฟฟ้าจะผลักอิเล็กตรอนของเมฆกลับเข้าหาขั้วไฟฟ้าที่ให้ความร้อน วงจรเปิดออก
อุปกรณ์ที่มีการนำกระแสไฟฟ้าทางเดียวเรียกว่าไดโอดสูญญากาศ ประกอบด้วยท่อสุญญากาศ (เรือ) ซึ่งอากาศถูกสูบออกและมีขั้วไฟฟ้าเชื่อมต่อกับแหล่งกระแส ลักษณะแรงดันกระแสของไดโอดสูญญากาศ เซ็นชื่อในส่วนของโหมดทรูพุตคุณสมบัติ I - V และปิด ?? ที่แรงดันไฟฟ้าแอโนดต่ำอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแคโทดทั้งหมดจะไม่ถึงขั้วบวกและกระแสไฟฟ้ามีขนาดเล็ก ที่แรงดันไฟฟ้าสูงกระแสจะถึงจุดอิ่มตัวเช่น ค่าสูงสุด ไดโอดสูญญากาศใช้เพื่อแก้ไขกระแสไฟฟ้าสลับ ปัจจุบันไม่ได้ใช้ไดโอดสูญญากาศแล้ว
หากมีรูเกิดขึ้นในขั้วบวกของหลอดสุญญากาศจากนั้นส่วนหนึ่งของอิเล็กตรอนที่เร่งด้วยสนามไฟฟ้าจะบินเข้าไปในรูนี้ทำให้เกิดลำแสงอิเล็กตรอนที่อยู่ด้านหลังแอโนด ลำแสงอิเล็กตรอนคือกระแสของอิเล็กตรอนที่บินอย่างรวดเร็วในท่อสุญญากาศและอุปกรณ์ปล่อยก๊าซ
คุณสมบัติของลำแสงอิเล็กตรอน:
- เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้า
- เบี่ยงเบนไปในสนามแม่เหล็กภายใต้การกระทำของแรงลอเรนซ์
- เมื่อลำแสงตกลงบนสารลดลงจะเกิดรังสีเอ็กซ์เรย์
- ทำให้เกิดการเรืองแสง (การเรืองแสง) ของของแข็งและของเหลวบางชนิด
- ทำให้สารร้อนตกลงมา
หลอดรังสีแคโทด (CRT)
CRT ใช้ปรากฏการณ์ของการแผ่รังสีเทอร์มิโอนิกและคุณสมบัติของลำแสงอิเล็กตรอน
ในปืนอิเล็กตรอนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแคโทดที่ให้ความร้อนจะผ่านอิเล็กโทรดตารางควบคุมและถูกเร่งโดยขั้วบวก ปืนอิเล็กตรอนจะโฟกัสลำแสงอิเล็กตรอนไปยังจุดหนึ่งและเปลี่ยนความสว่างของการเรืองแสงบนหน้าจอ จานแนวนอนและแนวตั้งที่เบี่ยงเบนช่วยให้คุณสามารถเคลื่อนลำแสงอิเล็กตรอนบนหน้าจอไปยังจุดใดก็ได้บนหน้าจอ หน้าจอของหลอดถูกปกคลุมด้วยสารเรืองแสงซึ่งจะเริ่มเรืองแสงเมื่อถูกโจมตีด้วยอิเล็กตรอน
หลอดมีสองประเภท:
1) ด้วยการควบคุมด้วยไฟฟ้าสถิตของลำแสงอิเล็กตรอน (การเบี่ยงเบนของลำแสงไฟฟ้าโดยสนามไฟฟ้าเท่านั้น)
2) ด้วยการควบคุมแม่เหล็กไฟฟ้า (เพิ่มขดลวดเบี่ยงแม่เหล็ก)
ในหลอดรังสีแคโทดจะมีการสร้างลำแสงอิเล็กตรอนแคบขึ้นซึ่งควบคุมด้วยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก คานเหล่านี้ใช้ในหลอดภาพโทรทัศน์จอคอมพิวเตอร์ออสซิลโลสโคปอิเล็กทรอนิกส์ในเทคโนโลยีการวัด
