Sumber elektron, jenis sinaran elektron, punca pengionan

Untuk memahami dan menerangkan prinsip operasi peranti elektronik, adalah perlu untuk menjawab soalan berikut: bagaimana elektron dipisahkan? Kami akan menjawab dalam artikel ini.

Menurut teori moden, atom terdiri daripada nukleus, yang mempunyai cas positif dan menumpukan pada dirinya sendiri hampir keseluruhan jisim atom, dan elektron bercas negatif yang terletak di sekeliling nukleus. Atom secara keseluruhan adalah neutral elektrik, oleh itu, cas nukleus mestilah sama dengan cas elektron sekeliling.

Oleh kerana semua bahan kimia diperbuat daripada molekul, dan molekul diperbuat daripada atom, sebarang bahan dalam keadaan pepejal, cecair atau gas adalah sumber elektron yang berpotensi. Malah, ketiga-tiga keadaan agregat jirim digunakan dalam peranti teknikal sebagai sumber elektron.

Sumber elektron yang sangat penting ialah logam, yang biasanya digunakan untuk tujuan ini dalam bentuk wayar atau reben.

Persoalannya timbul: jika filamen sedemikian mengandungi elektron dan jika elektron ini agak bebas, iaitu, mereka boleh bergerak lebih kurang bebas di dalam logam (bahawa ini memang berlaku, kami yakin bahawa walaupun perbezaan potensi yang sangat kecil, digunakan pada kedua-dua hujung benang sedemikian mengarahkan aliran elektron di sepanjangnya), maka mengapa elektron tidak terbang keluar dari logam dan dalam keadaan biasa tidak membentuk sumber elektron? Jawapan mudah kepada soalan ini boleh diberikan berdasarkan teori elektrostatik asas.

Katakan elektron meninggalkan logam. Kemudian logam itu harus memperoleh cas positif. Oleh kerana cas bagi tanda bertentangan menarik antara satu sama lain, elektron sekali lagi akan tertarik kepada logam melainkan beberapa pengaruh luar menghalangnya.

Terdapat beberapa cara elektron dalam logam boleh diberi tenaga yang cukup untuk meninggalkan logam:

1. Sinaran termionik

Sinaran termionik ialah pelepasan elektron daripada badan pijar. Sinaran termionik telah dikaji dalam pepejal dan terutamanya dalam logam dan semikonduktor berkaitan dengan penggunaannya sebagai bahan untuk katod termionik peranti elektronik dan penukar haba-ke-elektrik.

Fenomena kehilangan elektrik negatif dari badan apabila dipanaskan pada suhu melebihi haba putih telah diketahui sejak akhir abad ke-18. V. V. Petrov (1812), Thomas Edison (1889) dan lain-lain menubuhkan beberapa undang-undang kualitatif fenomena ini. Menjelang tahun 1930-an, hubungan analitikal utama antara bilangan elektron yang dipancarkan, suhu badan dan fungsi kerja telah ditentukan.

Arus yang mengalir melalui filamen apabila voltan dikenakan pada hujungnya memanaskan filamen. Apabila suhu logam cukup tinggi, elektron akan meninggalkan permukaan logam dan melarikan diri ke ruang sekeliling.

Logam yang digunakan dengan cara ini dipanggil katod termionik, dan pelepasan elektron dengan cara ini dipanggil sinaran termionik. Proses yang menyebabkan sinaran termion adalah serupa dengan proses penyejatan molekul dari permukaan cecair.

Dalam kedua-dua kes, beberapa kerja mesti dilakukan. Dalam kes cecair, kerja ini ialah haba pendam pengewapan, sama dengan tenaga yang diperlukan untuk menukar satu gram bahan daripada cecair kepada keadaan gas.

Dalam kes sinaran termionik, fungsi kerja yang dipanggil ialah tenaga minimum yang diperlukan untuk menyejat satu elektron daripada logam. Penguat vakum yang sebelum ini digunakan dalam kejuruteraan radio biasanya mempunyai katod termionik.

2. Pelepasan foto

Tindakan cahaya pada permukaan pelbagai bahan juga mengakibatkan pembebasan elektron. Tenaga cahaya digunakan untuk menyediakan elektron bahan dengan tenaga tambahan yang diperlukan supaya mereka boleh meninggalkan logam.

Bahan yang digunakan sebagai sumber elektron dalam kaedah ini dipanggil katod fotovoltaik, dan proses melepaskan elektron dikenali sebagai pelepasan fotovoltaik atau fotoelektron… Cara melepaskan elektron ini adalah asas mata elektrik— fotosel.

3. Pelepasan sekunder

Apabila zarah (elektron atau ion positif) menyerang permukaan logam, sebahagian daripada tenaga kinetik zarah ini atau semua tenaga kinetiknya boleh dipindahkan kepada satu atau lebih elektron logam, akibatnya ia memperoleh tenaga yang mencukupi untuk meninggalkan logam itu. Proses ini dipanggil pelepasan elektron sekunder.

4. Pelepasan autoelektronik

Jika medan elektrik yang sangat kuat wujud berhampiran permukaan logam, ia boleh menarik elektron dari logam. Fenomena ini dipanggil pelepasan medan atau pelepasan sejuk.

Merkuri adalah satu-satunya logam yang digunakan secara meluas sebagai katod pelepasan medan (dalam penerus merkuri lama). Katod merkuri membenarkan ketumpatan arus yang sangat tinggi dan membolehkan reka bentuk penerus sehingga 3000 kW.

Elektron juga boleh dibebaskan daripada bahan gas dalam beberapa cara. Proses di mana atom kehilangan elektron dipanggil pengionan.… Atom yang telah kehilangan elektron dipanggil ion positif.

Proses pengionan boleh berlaku kerana sebab-sebab berikut:

1. Pengeboman elektronik

Elektron bebas dalam lampu berisi gas boleh, disebabkan oleh medan elektrik, memperoleh tenaga yang mencukupi untuk mengionkan molekul atau atom gas. Proses ini boleh mempunyai watak avalanche, kerana selepas mengetuk elektron daripada atom, kedua-dua elektron pada masa hadapan, apabila mereka berlanggar dengan zarah gas, boleh melepaskan elektron baru.

Elektron primer boleh dibebaskan daripada pepejal dengan mana-mana kaedah yang dibincangkan di atas, dan peranan pepejal boleh dimainkan oleh kedua-dua petala di mana gas tertutup, dan oleh mana-mana elektrod yang terletak di dalam lampu.Elektron primer juga boleh dihasilkan oleh sinaran fotovoltaik.

2. Pengionan fotoelektrik

Jika gas terdedah kepada sinaran boleh dilihat atau tidak kelihatan, maka tenaga sinaran itu mungkin mencukupi (apabila diserap oleh atom) untuk melumpuhkan sebahagian daripada elektron. Mekanisme ini memainkan peranan penting dalam beberapa jenis pelepasan gas. Selain itu, kesan fotoelektrik boleh berlaku dalam gas disebabkan oleh pelepasan zarah teruja daripada gas itu sendiri.

3. Pengeboman ion positif

Ion positif yang menyerang molekul gas neutral boleh melepaskan elektron, seperti dalam kes pengeboman elektron.

4. Pengionan terma

Jika suhu gas cukup tinggi, maka beberapa elektron yang membentuk molekulnya boleh memperoleh tenaga yang cukup untuk meninggalkan atom yang menjadi miliknya. Fenomena ini serupa dengan sinaran termoelektrik daripada logam. Pelepasan jenis ini hanya memainkan peranan dalam kes arka berkuasa pada tekanan tinggi.

Peranan yang paling penting dimainkan oleh pengionan gas akibat pengeboman elektron. Pengionan fotoelektrik adalah penting dalam beberapa jenis nyahcas gas. Proses yang selebihnya kurang penting.

Sehingga baru-baru ini, peranti vakum pelbagai reka bentuk digunakan di mana-mana: dalam teknologi komunikasi (terutamanya komunikasi radio), dalam radar, dalam tenaga, dalam pembuatan instrumen, dll.

Penggunaan peranti elektrovakum dalam bidang tenaga terdiri daripada menukar arus ulang alik kepada arus terus (rectification), menukar arus terus kepada arus ulang alik (menyongsang), menukar frekuensi, melaraskan kelajuan motor elektrik, mengawal voltan arus ulang alik secara automatik dan penjana arus terus, menghidupkan dan mematikan kuasa yang ketara dalam kimpalan elektrik, kawalan pencahayaan.

Tiub Elektron — Sejarah, Prinsip Operasi, Reka Bentuk dan Aplikasi

Penggunaan interaksi sinaran dengan elektron membawa kepada penciptaan fotosel dan sumber cahaya pelepasan gas: lampu neon, merkuri dan pendarfluor. Kawalan elektronik adalah amat penting dalam skim pencahayaan teater dan industri.

Pada masa ini, semua proses ini menggunakan peranti elektronik semikonduktor dan digunakan untuk pencahayaan teknologi LED.