Занятие 2. Электрический ток в разреженных газах и вакууме.

План:

1. Электрический ток в разряженных газах.

2. Электрический ток в вакууме.

3. Электровакуумные приборы.

1. Сравнивая формулы =е*Е* λ (1) и > (2) делаем вывод:

е*Е* λ > - это соотношение должно выполняться для того, чтобы существовал самостоятельный разряд. Если увеличить λ (то есть создать разрешение), то напряженность можно уменьшить, тогда получаем самостоятельный заряд при меньших напряжениях.

Собираем установку по схеме 2. На электроды подаём небольшое напряжение. При откачивании газа (воздуха) он начинает светится.

Разряд в разряженном газе, сопровождается свечением, называются тлеющим.

Свечение возникает при ударах ионов друг о друга. Разные газы светятся разным цветом: воздух розоватым, неон – красным, аргон синим. Этот вид разряда используется в газосветных трубках (для рекламы), лампах дневного света.

Продемонстрировать работу лампы дневного света. (Схему включения лампы срисовать с установки в тетрадь). При замыкании цепи ток идёт через стартер, накаливает электроды внутри лампы, с них начинается термоэлектронная эмиссия, в лампе начинается самостоятельный разряд. Высокая температура электродов поддерживается током в лампе, поэтому стартер больше не нужен, он отключается.

Разрежение газа в трубке приводит к уменьшению сопротивления газа. Однако при давлении ~0, 1 Па (0, 001 мм рт. ст.) дальнейшее разрежение приводит не к уменьшению, а к увеличению сопротивления газа.

Свечение почти исчезает, но начинает светится зеленоватым оттенком стекло трубки, расположенное за катодом. Так как молекул в газах в трубке нет, следовательно, столкновений между ними тоже нет. Поэтому свечения нет. При высоком вакууме электроны и ионы пролетают весь промежуток между электродами. Ионы при этом приобретают скорость ~ .

Ударяясь о катод, они выбивают из него электроны, которые начинают двигаться по перпендикуляру к поверхности катода со скоростью ~ . Ударяясь о стекло трубки, они вызывают его свечение.

Пучок электронов, летящих прямолинейно от катода при высоком вакууме в трубке, называют катодными лучами.

То, что катодные лучи являются потоком отрицательно заряженных частиц, подтверждает тот факт, что они (лучи) отклоняются в магнитном поле.

2.Полный вакуум – изолятор, так как нет носителя заряда. Чтобы ток был, нужны носители заряда.

Вопрос: Как и создать? (ответы учащихся: использовать термоэлектронную эмиссию).

При нагревании катода электроны эмиссируют, если между электродами создать электрическое поле, то цепь замкнется, следовательно, в вакууме течет ток.Так как электрон движется беспрепятственно, то за счёт работы сил электрического поля приобретает . Пусть напряжение между электродами U, тогда работа сил поля по перемещению одного электрона выражается формулой: А=е*U

=А следовательно = е*U.

Напряжение U в данном случае называется разгоняющим. Масса электрона мала, поэтому его движением в вакууме легко можно управлять.

3.Электровакуумный диод.

Принцип действия: по нити накала (Н) идет ток, катод (К) нагревается, возникает термоэлектрическая эмиссия.

А) подадим прямое напряжение (К «-», А «+»), тогда влетевшие электроны ускоряются полем, достигают анода следовательно, существует ток.

, в нашем случае q < 0 следовательно

Возникает анодный ток , который идёт от анода к катоду. При увеличении напряжения ток тоже растет.

Б) Пусть U = 0. Всегда существуют электроны, способные эмиссировать с катода (согласно распределению Максвелла частиц по скоростям доля частиц с большой скоростью мала), но их мало, поэтому некоторые электроны долетают анода, не равно 0, но очень мал.

В) подадим обратное напряжение (К «+», А «-»).

Электрическое поле является запирающим для электронов, они не достигают анода, = 0.

Вольт амперная характеристика диода.

Главное свойство диода - односторонняя проводимость

Электровакуумный триод - это электровакуумная лампа с тремя электродами (анодом А, катодом К и сеткой С).

Сетку помещают между анодом и катодом. Сеточным напряжением называют разность потенциалов между сеткой и катодом.

С помощью сетки можно управлять анодным током.

1. если , то триод работает как диод

2. если > , тогда кроме основного электрического поля между анодом и катодом, возникает еще поле между сеткой и катодом, которое ускоряет электроны.

3. если < , тогда поле между С и К является тормозящим для электронов, следовательно, уменьшается.

Наименьшее напряжение между сеткой и катодом, при котором ток в лампе прекращается, называется запирающим напряжением.

Если < , в анодной цепи будет идти ток, при небольшом изменение анодный ток сильно изменяется. Зависимость () называется сеточной характеристикой триода. Используют триод для усиления электрических сигналов

Домашнее задание: глава 20