Конспект лекции " Термоэлектрические и эмиссионные явления"

Термоэлектрические и эмиссионные явления

1. Термоэлектронная эмиссия. Диод. Триод.

Электронная эмиссия – явление испускания электронов поверхностью металла.

Электроны, выходя за пределы поверхности металла, приводят к появлению избыточного положительного заряда в поверхностном слое, и металл оказывается окружённым тонким облаком электронов.

При этом возникает электрическое поле между облаком электронов и поверхностным слоем положительных ионов, называемое двойным электрическим слоем. Это поле препятствует дальнейшему вылету электронов с поверхности металла.

Работа выхода А, эВ (электрон-вольт) – наименьшая работа, которую нужно совершить, чтобы удалить электрон из металла в вакуум.

– разность потенциалов двойного слоя, е – заряд электрона.

Работа выхода выражается в электрон-вольтах (эВ): 1 эВ равен работе, совершаемой электрическим полем при прохождении электроном разности потенциалов в 1 В:

Энергию, необходимую электронам для выхода из металла, можно сообщать разными способами.

Термоэлектронная эмиссия – явление испускания электронов нагретыми металлами.

Термоэлектронная эмиссия используется в различных электронных лампах

Простейшей электронной лампой является диод – стеклянный вакуумный баллон с двумя впаянными электродами – катодом и анодом.

Вольт-амперная характеристика – зависимость анодного тока I_А от анодного напряжения U_A.

Эта зависимость описывается формулой Богуславского-Ленгмюра:

.

В – коэффициент, зависящий от материала, формы, размеров и взаимного расположения электродов.

Диоды обладают односторонней проводимостью и служат для выпрямления переменного тока.

Триод – электронная лампа с тремя электродами – анодом, катодом и сеткой.

Сеточная характеристика – зависимость анодного тока I_A от сеточного напряжения U_c.

Триоды служат для усиления слабых электрических сигналов.

2. Термоэлектрические явления.

Между тепловыми и электрическими явлениями в металлах (а также в полупроводниках) существует определённая взаимосвязь, которая приводит к ряду явлений, называемых термоэлектрическими: явление Зеебека, явление Пельтье, явление Томсона.

Явление Зеебека: в замкнутой цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми имеют различную температуру, возникает электрический ток.

Термо ЭДС

.

– коэффициент пропорциональности.

Обратным по отношению к явлению Зеебека является явление Пельтье.

Явление Пельтье: при прохождении через контакт двух различных проводников электрического тока в зависимости от его направления помимо джоулевой теплоты выделяется или поглощается дополнительная теплота.

.

– количество теплоты, выделяемое или поглощаемое в области контакта двух проводников.

П – коэффициент Пельтье.

q – заряд, проходящий через контакт двух проводников.

Явление Томсона: при прохождении тока по неравномерно нагретому проводнику происходит дополнительное выделение (поглощение) теплоты, аналогичной теплоте Пельтье.

Контрольные вопросы

1. Что называется работой выхода электрона и чем она обусловлена? От чего она зависит?

2. Дайте определение термоэлектронной эмиссии. В каких устройствах используется данное явление?

3. Объясните вольт-амперную характеристику для лампового диода.

4. Можно ли изменять силу тока насыщения диода? Если да, то как?

5. Объясните сеточную характеристику для лампового триода.

6. В чем суть термоэлектрических явлений?