Извори електрона, врсте електронског зрачења, узроци јонизације

Да бисмо разумели и објаснили принципе рада електронских уређаја, потребно је одговорити на следеће питање: како се електрони раздвајају? Одговорићемо у овом чланку.

Према савременој теорији, атом се састоји од језгра, које има позитиван набој и концентрише у себи скоро целу масу атома, и негативно наелектрисаних електрона који се налазе око језгра. Атом као целина је електрично неутралан, дакле, наелектрисање језгра мора бити једнако наелектрисању околних електрона.

Пошто су све хемикалије направљене од молекула, а молекули од атома, свака супстанца у чврстом, течном или гасовитом стању је потенцијални извор електрона. У ствари, сва три агрегатна стања материје се користе у техничким уређајима као извор електрона.

Посебно важан извор електрона су метали, који се у ту сврху обично користе у облику жица или трака.

Поставља се питање: ако такав филамент садржи електроне и ако су ти електрони релативно слободни, односно могу мање-више слободно да се крећу унутар метала (да је то заиста случај, уверени смо да чак и врло мала разлика потенцијала, нанети на оба краја такве нити усмерава ток електрона дуж ње), зашто онда електрони не излете из метала и у нормалним условима не формирају извор електрона? Једноставан одговор на ово питање може се дати на основу елементарне електростатичке теорије.

Претпоставимо да електрони напуштају метал. Тада метал треба да добије позитиван набој. Пошто се наелектрисања супротних предзнака међусобно привлаче, електрони ће поново бити привучени металом осим ако неки спољни утицај то не спречи.

Постоји неколико начина на које се електронима у металу може дати довољно енергије да напусте метал:

1. Термионско зрачење

Термионско зрачење је емисија електрона из ужарених тела. Термионско зрачење је проучавано у чврстим телима, а посебно у металима и полупроводницима у вези са њиховом употребом као материјала за термоионске катоде електронских уређаја и претварача топлоте у електричну енергију.

Феномен губитка негативног електрицитета из тела при загревању на температуру изнад беле топлоте познат је од касног 18. века. В. В. Петров (1812), Томас Едисон (1889) и други установили су низ квалитативних закона ове појаве. До тридесетих година прошлог века утврђени су главни аналитички односи између броја емитованих електрона, телесне температуре и радне функције.

Струја која тече кроз филамент када се на његове крајеве примени напон загрева нит. Када је температура метала довољно висока, електрони ће напустити површину метала и побећи у околни простор.

Метал који се користи на овај начин назива се термионска катода, а ослобађање електрона на овај начин назива се термоионско зрачење. Процеси који изазивају термоионско зрачење слични су процесима испаравања молекула са површине течности.

У оба случаја се мора обавити неки рад.У случају течности, овај рад је латентна топлота испаравања, једнака енергији потребној да се један грам супстанце промени из течног у гасовито стање.

У случају термоионског зрачења, такозвана радна функција је минимална енергија потребна за испаравање једног електрона из метала. Вакумски појачивачи који су се раније користили у радиотехници обично су имали термоионске катоде.

2. Фотоемисија

Деловање светлости на површини различитих материјала такође резултира ослобађањем електрона. Светлосна енергија се користи да електронима супстанце обезбеди неопходну додатну енергију како би могли да напусте метал.

Материјал који се користи као извор електрона у овој методи назива се фотонапонска катода, а процес ослобађања електрона је познат као фотонапонске или фотоелектронске емисије… Овај начин ослобађања електрона је основа електричног ока— фотоћелија.

3. Секундарне емисије

Када честице (електрони или позитивни јони) ударе у металну површину, део кинетичке енергије ових честица или сва њихова кинетичка енергија може се пренети на један или више електрона метала, услед чега добијају енергију довољну да напусте метал. метал. Овај процес се назива секундарна емисија електрона.

4. Аутоелектронске емисије

Ако постоји веома јако електрично поље близу површине метала, оно може повући електроне од метала. Ова појава се назива емисија поља или хладна емисија.

Жива је једини метал који се широко користи као катода за поље емисије (у старим живиним исправљачима). Живине катоде омогућавају веома велике густине струје и омогућавају пројектовање исправљача до 3000 кВ.

Електрони се такође могу ослободити из гасовите супстанце на неколико начина. Процес којим атом губи електрон назива се јонизација.… Атом који је изгубио електрон назива се позитивним јоном.

Процес јонизације може се десити из следећих разлога:

1. Електронско бомбардовање

Слободни електрон у лампи испуњеној гасом може, услед електричног поља, да добије енергију довољну да јонизује молекул гаса или атом. Овај процес може имати лавински карактер, пошто након избацивања електрона из атома, оба електрона у будућности, када се сударе са честицама гаса, могу да ослободе нове електроне.

Примарни електрони се могу ослободити из чврсте материје било којом од горе наведених метода, а улогу чврстог тела може играти и омотач у коме је гас затворен, и било која од електрода која се налази унутар лампе.Примарни електрони се такође могу генерисати фотонапонским зрачењем.

2. Фотоелектрична јонизација

Ако је гас изложен видљивом или невидљивом зрачењу, онда енергија тог зрачења може бити довољна (када се апсорбује од атома) да одбаци неке од електрона. Овај механизам игра важну улогу у одређеним врстама гасног пражњења. Поред тога, фотоелектрични ефекат може настати у гасу услед емисије побуђених честица из самог гаса.

3. Бомбардовање позитивним јонима

Позитивни јон који удари у неутрални молекул гаса може ослободити електрон, као у случају бомбардовања електроном.

4. Термичка јонизација

Ако је температура гаса довољно висока, онда неки од електрона који чине његове молекуле могу стећи довољно енергије да напусте атоме којима припадају. Ова појава је слична термоелектричном зрачењу метала.Ова врста емисије игра улогу само у случају снажног лука под високим притиском.

Најзначајнију улогу игра јонизација гаса као резултат бомбардовања електрона. Фотоелектрична јонизација је важна код неких врста гасног пражњења. Преостали процеси су мање важни.

До релативно недавно, вакуумски уређаји различитих дизајна коришћени су свуда: у комуникационим технологијама (посебно радио комуникацијама), у радарима, у енергетици, у изради инструмената итд.

Употреба електровакуум уређаја у области енергетике састоји се од претварања наизменичне струје у једносмерну (исправљање), претварања једносмерне струје у наизменичну (инвертовање), промене фреквенције, подешавања брзине електромотора, аутоматске контроле напона наизменичне струје. и генератори једносмерне струје, укључивање и искључивање значајне снаге у електро заваривању, управљање осветљењем.

Електронске цеви — историјат, принцип рада, дизајн и примена

Употреба интеракције зрачења са електронима довела је до стварања фотоћелија и извора светлости са пражњењем у гасу: неонских, живиних и флуоресцентних лампи. Електронско управљање је било од највеће важности у шемама позоришног и индустријског осветљења.

Тренутно, сви ови процеси користе полупроводничке електронске уређаје и користе се за осветљење ЛЕД технологија.