§ 50. थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन। फॉर्मूला रिचर्डसन - डॉशमैन

बड़ी संख्या में अनुप्रयोगों में उच्च वैक्यूम में वर्तमान होता है जब वर्तमान वाहक कैथोड द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन होते हैं। धातु से इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन (उत्सर्जन), जैसा कि पहले से ही § 45 में इंगित किया गया है, को विभिन्न कारण कहा जा सकता है। वैक्यूम ट्यूबों में, एक चमक निर्वहन की घटना में और, जब कैथोडिक किरणें होती हैं, तो इलेक्ट्रॉनों को सकारात्मक आयनों के उछाल के साथ धातु की सतह परत से कढ़ाई होती है। एक गहरे वैक्यूम के साथ, जब स्पैस गैस का दबाव एक पारा स्तंभ के मिलीमीटर के मिलियन शेयर बनाता है, आयनों की संख्या, बमबारी कैथोड, कैथोड से बच निकले इलेक्ट्रॉनों के एक उल्लेखनीय उत्सर्जन को बनाए रखने के लिए पर्याप्त हो जाती है, और मूर्त कैथोड किरणों का गठन मनाया नहीं जाता है। लेकिन इस तरह के एक गहरे वैक्यूम के साथ, कैथोड प्रशासित (थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन) या यदि प्रकाश की गहन किरणों (फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन) को कैथोड के लिए निर्देशित किया जाता है तो इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन महत्वपूर्ण हो जाता है। इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन इलेक्ट्रॉनों की एक धारा (माध्यमिक इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन) के साथ कुछ निकायों की सतह के बमबारी के कारण भी हो सकता है।

इसके अलावा, इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन, जैसा कि पहले से ही §45 में इंगित किया गया था, एक तीव्र विद्युत क्षेत्र (ऑटो-इलेक्ट्रॉन, या ठंड, उत्सर्जन) के कारण हो सकता है। धातु से इलेक्ट्रॉनों को अलग करने में सक्षम फ़ील्ड शक्ति में 1 सेमी प्रति मिलियन वोल्ट की परिमाण का क्रम होता है। हालांकि, कुछ ऑटो इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन अपेक्षाकृत छोटी फील्ड शक्तियों (सिंगिंग प्रभाव का उत्सर्जन, या सुरंग प्रभाव, § 45) पर मनाया जाता है।

विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में सभी प्रकार के उत्सर्जन का उपयोग किया जाता है, लेकिन अक्सर सबसे आसानी से नियंत्रित थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन का उपयोग किया जाता है।

एक प्रवेशी कैथोड द्वारा इलेक्ट्रॉनों का विलोपन दुग्ध गति की ऊर्जा में वृद्धि के कारण होता है

गर्मी प्रवाह के कारण धातु इलेक्ट्रॉन। धातु के तापमान में वृद्धि के साथ, अपूर्ण क्षेत्र (§ 35) के इलेक्ट्रॉन, उच्च ऊर्जा के स्तर पर जाने के लिए, आउटपुट के संचालन को दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं (§ 33)।

पाइपलाइनों पर लागू वोल्टेज कैथोड पदार्थ से हर सेकंड उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की संख्या को प्रभावित नहीं करता है; विद्युत गायन की उपस्थिति में, कैथोड पदार्थ से टूटा हुआ इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रिक क्षेत्र की कार्रवाई के तहत कैथोड से ले जाता है; यदि कोई खेत नहीं है, तो वे वापस आते हैं, लेकिन अन्य लोग अपने स्थान पर क्रॉल करते हैं, और एंटी-मेटल धातु की सतह के ऊपर अंतरिक्ष में एक असाधारण इलेक्ट्रॉनिक बादल का गठन होता है।

एंटी-मेटल मेटल की सतह के ऊपर एक इलेक्ट्रॉन क्लाउड का गठन एक घटना है जो तरल पदार्थ की वाष्पीकरण के समान होती है। धातु का तापमान जितना अधिक होता है, उतना ही अधिक इलेक्ट्रॉनों की मात्रा एंटी-मेटल धातु की सतह को छोड़ देती है। धातु को छोड़कर प्रत्येक इलेक्ट्रॉन, सकारात्मक धातु आयनों से आकर्षण को दूर करना चाहिए। इसलिए, धातु के अंदर "इलेक्ट्रॉन गैस" से, केवल उन इलेक्ट्रॉनों को तोड़ दिया जाता है, जिनकी गतिशील ऊर्जा "आउटपुट" से अधिक होती है।

इलेक्ट्रॉनिक क्लाउड एक नकारात्मक चार्ज है जो एंटी-मेटल धातु की सतह के पास की जगह में स्थित है। पारंपरिक सतह चार्ज के विपरीत, एक इलेक्ट्रॉनिक बादल को एक स्थानिक शुल्क कहा जाता है।

बढ़ते तापमान के साथ, लुढ़का हुआ धातु द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह, यह धीरे-धीरे धीरे-धीरे बढ़ता है, और फिर तेज़ और तेज़ होता है। रिचर्डसन ने सैद्धांतिक रूप से सूत्र व्युत्पन्न किया जो उत्सर्जक निकाय के तापमान से इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन की तीव्रता की निर्भरता व्यक्त करता है। यदि लुढ़का हुआ धातु वैक्यूम ट्यूब का एक कैथोड है, जिसके लिए इस तरह के वोल्टेज लागू होते हैं, तो धातु द्वारा उत्सर्जित सभी इलेक्ट्रॉनों का आनंद विद्युत क्षेत्र द्वारा किया जाता है, इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन की तीव्रता को उत्सर्जन प्रवाह की मात्रा से मापा जाएगा एंटी-मेटल धातु की सतह के प्रत्येक वर्ग सेंटीमीटर के लिए आ रहा है। निर्दिष्ट मूल्य को संतृप्ति वर्तमान में उत्सर्जन वर्तमान घनत्व भी कहा जाता है। (यदि इलेक्ट्रोड के लिए बहुत छोटा वोल्टेज है, तो धातु द्वारा उत्सर्जित सभी इलेक्ट्रॉन फ़ील्ड के शौकीन नहीं हैं, और वर्तमान घनत्व संतृप्ति वर्तमान से कम होगा, यानी कम से कम

फॉर्मूला रिचर्डसन की व्याख्या करने के लिए, हम कल्पना करेंगे कि सतह पर एंटी-मेटल धातु में आधा खुली गुहा है (चित्र 185)। सांख्यिकीय संतुलन एकाग्रता के साथ

बोल्टज़मान के निकायों के अनुसार इस गुहा में इलेक्ट्रॉन (टी। मैं, § 98) बराबर होगा

धातु में मुक्त (या या बल्कि अर्ध बंधुआ) इलेक्ट्रॉनों की एकाग्रता कहां है, ए धातु से इलेक्ट्रॉन आउटपुट का संचालन है, धातु में इलेक्ट्रॉन की संभावित ऊर्जा में अंतर के बराबर है और धातु से बाहर है : बोल्ट धारक निरंतर और पूर्ण तापमान।

उपदेशित गुहा के छेद से इलेक्ट्रॉनों की संख्या, प्रत्येक सेकंड, उद्घाटन क्षेत्र को सौंपा गया, यानी थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन वर्तमान की घनत्व, गुहा में इलेक्ट्रॉनों के औसत वेग के उत्पाद के लिए आनुपातिक मूल्य है (और औसत दर गुहा में इलेक्ट्रॉनों की एकाग्रता के आनुपातिक है। यह बन गया

यह फॉर्मूला रिचर्डसन है।

यहां पूर्ण तापमान है, प्राकृतिक लॉगरिदम का आधार निरंतर मूल्य है जो विभिन्न धातुओं के लिए अलग-अलग मूल्य हैं।

चूंकि निरंतर ए डिग्री के संकेतक में है, इसलिए इसके मूल्य को गुणांक की तुलना में उत्सर्जन वर्तमान घनत्व के मूल्य पर बहुत अधिक प्रभाव पड़ता है, कम स्थिर, अधिक (अन्य चीजों के बराबर, यानी निर्दिष्ट के साथ उत्सर्जन वर्तमान घनत्व।

रिचर्डसन फॉर्मूला को वापस लेने की भावना के अनुसार, गुणांक धातु के अंदर इलेक्ट्रॉन गैस की मात्रा की एक इकाई में इलेक्ट्रॉनों की संख्या के आनुपातिक है। ईएम सत्र निरंतर ए एक इलेक्ट्रॉन आउटपुट का संचालन है।

प्रयोगों से पता चला है कि उत्सर्जन प्रवाह रिचर्डसन कानून (1) की तुलना में कुछ हद तक तापमान में वृद्धि के साथ बढ़ता है। उत्सर्जन सूत्र के उत्पादन में, रिचर्डसन ने प्रस्तुति से आगे बढ़े कि धातु में इलेक्ट्रॉन आंदोलन की वेग मैक्सवेल कानून के तहत वितरित की जाती हैं। हालांकि, वास्तविकता में (जैसा कि § 30 में समझाया गया था), सामान्य तापमान पर पहले से ही धातु में इलेक्ट्रॉन गैस अपरिवर्तनीय राज्य में है और फर्मी आंकड़ों के अधीन है।

क्वांटम सिद्धांत के आधार पर, डॉशमेन (1 9 23) ने दिखाया कि रिचर्डसन के सूत्र को निम्नलिखित सूत्र द्वारा प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए:

इस सूत्र में, सैद्धांतिक रूप से निरंतर सभी धातुओं और समान के लिए समान होना चाहिए

(यहां इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान और चार्ज, - बोल्टज़मान स्थिर, एच एक निरंतर फलक है)। कुछ शुद्ध धातुओं के लिए, यह स्थिर वास्तव में निर्दिष्ट मूल्य के करीब है, लेकिन अन्य धातुओं के लिए इसका मूल्य है, कुछ मामलों में, अन्य मामलों में लगभग दो गुना छोटे - कई बार बड़े होते हैं।

रिचर्डसन के कानून में कॉन्स्टेंटा ए - डोशमैन का वही अर्थ है और एक ही राशि है जो रिचर्डसन के कानून (1) में, अर्थात्, धातु से इलेक्ट्रॉन आउटपुट का काम है। सैद्धांतिक रूप से, किसी भी धातु के दोनों में से एक इलेक्ट्रॉन के संचालन में अंतर वैक्यूओ में इन धातुओं के संपर्क अंतर के बराबर होना चाहिए, जिसे आम तौर पर उन मामलों में अनुभव से पुष्टि की जाती है जहां इन धातुओं के लिए स्थिरांक बी समान होते हैं।

ईएम सत्र स्थिरांक

(स्कैन देखें)

यदि स्थिरता के संख्यात्मक मूल्य और avogadrov की संख्या को गुणा करते हैं, तो परिणामी संख्याओं का मतलब यह होगा कि "इलेक्ट्रॉनों के ग्राम-एटम" की वाष्पीकरण की छुपा गर्मी।

अंजीर में। 186 दिखाता है कि कैसे बढ़ते तापमान के साथ टंगस्टन के लिए उत्सर्जन दर का तापमान बढ़ता है। 2000 से 2100 डिग्री तक टंगस्टन के बढ़ते तापमान के साथ, यानी, केवल 5%, उत्सर्जन वर्तमान घनत्व लगभग चारवां बढ़ जाता है।

2000 से 3000 डिग्री तक टंगस्टन तापमान में वृद्धि हुई है, जो लाखों बार थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन घनत्व में वृद्धि होती है।

कुछ अशुद्धियों के पास इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन की परिमाण पर एक बेहद मजबूत प्रभाव पड़ता है। अशुद्धता के इस प्रभाव का अध्ययन कई वैज्ञानिकों और विशेष रूप से लैंगमुर (1 913-19 23) द्वारा किया गया था। थोरियम की सबसे पतली फिल्म के साथ कवर टंगस्टन इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन देता है, जो लाखों और अरबों में लगभग 1000-1500 डिग्री के तापमान पर शुद्ध टंगस्टन का उत्सर्जन होता है। उत्सर्जन में समान और यहां तक \u200b\u200bकि अधिक वृद्धि सीज़ियम फिल्म, बेरियम और कुछ धातुओं के ऑक्साइड के कारण होती है। रोलिंग शुद्ध टंगस्टन की सतह में उत्सर्जन का वर्तमान लगभग 2300 डिग्री के तापमान पर प्राप्त किया जाता है जब "ऑक्सीकरण" टंगस्टन एक ही उत्सर्जन होता है जो वर्तमान घनत्व लगभग 1300 डिग्री के तापमान पर प्राप्त होता है। विशेष प्रसंस्करण, एनीमिक और ऑक्सीकरण टंगस्टन टंगस्टन में घटना के आधार पर उपकरणों में एक व्यापक अनुप्रयोग है। उत्सर्जन।

अंजीर। 186. वोल्फ्राम के लिए रिचर्डसन के कानून का चार्ट।

तुलना करने के लिए, गरमागरम कैथोड को गर्मी अपव्यय के लिए खपत बिजली के लिए कुल उत्सर्जन वर्तमान के अनुपात की विशेषता है। एक तापमान तापमान पर टंगस्टन तारों के प्रत्येक वाट के प्रत्येक वाट में उत्सर्जन का प्रवाह देते हैं। (2600 डिग्री से अधिक टंगस्टन धागे के तापमान में वृद्धि उनकी सेवा के जीवन को अत्यधिक कम करती है।) ऑक्सीकरण टंगस्टन के कैथोड उनके लिए सामान्य तापमान तापमान के साथ दिए जाते हैं, लगभग 1000 डिग्री सेल्सियस धाराओं में लगभग एक ही उत्सर्जन में कैथोड होते हैं 1850 ° के सामान्य तापमान के साथ पकाया टंगस्टन। हालांकि, एनोड और कैथोड के बीच उच्च वोल्टेज पर, ऑक्सीकरण और थेरर्मेड कैथोड गैस अवशेषों के सकारात्मक आयनों के साथ कैथोड के बमबारी से तेज़ होते हैं।

थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन के उपयोग के लिए, दो प्रकार के कैथोड का उपयोग किया जाता है: प्रत्यक्ष गर्मी, सीधे बैटरी से सीधे संचालित या ट्रांसफॉर्मर से कम वोल्टेज के वैकल्पिक प्रवाह, और अप्रत्यक्ष गैस (गर्म)। अप्रत्यक्ष चमक कैथोड (चित्र 187) में, तार, चमकता हुआ, रखा जाता है

एक संकीर्ण सिरेमिक सिलेंडर के अंदर और केवल इस सिलेंडर को गर्म करने के लिए कार्य करता है; थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन सिलेंडर की बाहरी धातु की सतह द्वारा किया जाता है (धातु परत पर सिलेंडर कैथोड को दुर्लभ भूमि के साथ कैल्शियम ऑक्साइड की पतली परत के साथ लेपित किया जाता है)।

थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन ने इलेक्ट्रॉनिक लैंप में उपयोग की सबसे विस्तृत श्रृंखला प्राप्त की, जिसमें विभिन्न प्रकार की रेडियो इंजीनियरिंग और विभिन्न उपकरण हैं, लेकिन साथ ही एक आम विशेषता है। अर्थात्, इलेक्ट्रॉनिक लैंप में, अन्य थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विपरीत, इलेक्ट्रोड इतने रखे जाते हैं ताकि उनके द्वारा बनाया गया क्षेत्र, स्थानिक शुल्क (रोलिंग कैथोड की सतह पर इलेक्ट्रॉनों के बादल) के क्षेत्र में लगाए गए, छोटे वोल्टेज के साथ अनुमति दी जा सके लैंप के माध्यम से गुजरने वाले थर्मोइलेक्ट्रॉनिक वर्तमान की परिमाण में तेज और बड़े बदलाव प्राप्त करने के लिए, सहायक इलेक्ट्रोड को संक्षेप में बदलना संभव है। इस अंत में, इलेक्ट्रॉनिक लैंप के एनोड्स और अतिरिक्त जाल इलेक्ट्रोड आमतौर पर कड़ाई से गणना किए गए आयामों के समाक्षीय सिलेंडरों के रूप में उपयुक्त होते हैं और कैथोड को सिलेंडर की धुरी के साथ चमकते हुए डालते हैं। इलेक्ट्रॉनिक लैंप का प्रभाव §§ 52 और 53 में अलग हो गया है।

थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन के महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में से एक पर - "इलेक्ट्रॉन बंदूक" के बारे में, जो कैथोड ऑसिलोस्कोप में इलेक्ट्रॉन बीम प्राप्त करने के लिए कार्य करता है, को § 68 में वर्णित किया गया है। इलेक्ट्रॉन बंदूक में, एंजेड कैथोड द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को एक महत्वपूर्ण मिलता है कैथोड और कणिका anodes के बीच बिजली के क्षेत्र में त्वरण। इलेक्ट्रॉन प्रवाह को तेज करने की इस विधि का उपयोग कई इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में किया जाता है और, विशेष रूप से, उच्च वोल्टेज (प्रति लाखों वोल्ट) इलेक्ट्रॉनिक ट्यूबों में परमाणु परमाणु अनुसंधान के लिए इलेक्ट्रॉनिक ट्यूबों में उपयोग किया जाता है।

अंजीर। 187. अप्रत्यक्ष गैस के कैथोड (गर्म)।

इन ट्यूबों और परमाणु परमाणु भौतिकी के अन्य शक्तिशाली त्वरक उपकरणों का उपकरण, जिसमें थर्मोइलेक्ट्रॉनिक वर्तमान (बीटाट्रॉन) का भी उपयोग किया जाता है, और त्वरक और फोकस करने वाले क्षेत्रों की गणना के तरीकों को परमाणु और इलेक्ट्रॉनिक के भौतिकी के अनुभागों में समझाया जाता है पाठ्यक्रम की तीसरी मात्रा में ऑप्टिक्स।

नियंत्रण प्रश्न .. 18

9. प्रयोगशाला कार्य संख्या 2। कम उत्सर्जन वर्तमान घनत्व पर थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन का अध्ययन . 18

कार्य करने के लिए प्रक्रिया .. 19

रिपोर्ट की आवश्यकताएं . 19

नियंत्रण प्रश्न .. 19

परिचय

इलेक्ट्रॉनों के संघनित माध्यम के उत्सर्जक (उत्सर्जन) के साथ जुड़े उत्सर्जन इलेक्ट्रॉनिक्स अध्ययन घटनाएं। इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन उन मामलों में होता है जहां शरीर के इलेक्ट्रॉनों का एक हिस्सा अपनी सीमा पर संभावित बाधा को दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा का बाहरी प्रभाव प्राप्त करता है, या यदि बाहरी विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों के हिस्से के लिए इसे "पारदर्शी" बनाता है। बाहरी प्रभाव की प्रकृति के आधार पर अंतर:

• थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन (हीटिंग निकाय);
• माध्यमिक इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन (इलेक्ट्रॉनों द्वारा सतह बमबारी);
• आयन-इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन (आयनों द्वारा सतह बमबारी);
• फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन (विद्युत चुम्बकीय विकिरण);
• एक्सोइलेक्ट्रॉनिक Emissia (मैकेनिकल, थर्मल और अन्य प्रकार के सतह उपचार);
• ऑटो इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन (बाहरी विद्युत क्षेत्र), आदि

सभी घटनाओं में, जहां क्रिस्टल से इलेक्ट्रॉन के आसपास के स्थान में इलेक्ट्रॉन के आउटपुट को ध्यान में रखना आवश्यक है, या एक क्रिस्टल से दूसरे में संक्रमण, विशेषता जिसे "आउटपुट" कहा जाता है वह मूल्य प्राप्त करता है। बाहर निकलने के संचालन को ठोस के इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया जाता है और इसे उस बिंदु पर रखा जाता है जहां इसकी संभावित ऊर्जा सशर्त रूप से शून्य के बराबर स्वीकार की जाती है। विभिन्न उत्सर्जन घटनाओं के विवरण के अलावा, बाहर निकलने के काम की अवधारणा दो धातुओं के संपर्क, अर्धचालक के साथ धातु, दो अर्धचालक, साथ ही गैल्वेनिक फेनवास के संपर्क में संभावित संपर्क की घटना की घटनाओं को समझाने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।

विधिवत निर्देशों में दो भाग होते हैं। पहले भाग में ठोस पदार्थों में उत्सर्जन घटना पर मूल सैद्धांतिक जानकारी होती है। फोकस थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन की घटना पर है। दूसरा भाग थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन के प्रयोगात्मक अध्ययन, क्षमता के संपर्क अंतर का अध्ययन और नमूना की सतह पर काम के वितरण के प्रयोगात्मक अध्ययन पर प्रयोगशाला कार्य का वर्णन करता है।

भाग 1. मूल सैद्धांतिक जानकारी

1. एक इलेक्ट्रॉन उत्पादन का संचालन। सतह की स्थिति के काम पर प्रभाव

तथ्य यह है कि इलेक्ट्रॉनों को ठोस के अंदर आयोजित किया जाता है, इंगित करता है कि शरीर की सतह परत एक बनाए रखने वाला क्षेत्र होता है जो इलेक्ट्रॉनों को इसके आसपास के वैक्यूम में रोकता है। ठोस की सीमा पर संभावित बाधा का एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व अंजीर में दिया जाता है। 1. क्रिस्टल छोड़ने के लिए, इलेक्ट्रॉन को आउटपुट के बराबर नौकरी बनाना चाहिए। अंतर करना thermodynamic तथा बाहरी आउटपुट ऑपरेशन।

बाहर निकलने के थर्मोडायनामिक ऑपरेशन को वैक्यूम के शून्य स्तर और ठोस शरीर की फर्मि ऊर्जा के बीच अंतर कहा जाता है।

बाहर निकलने (या इलेक्ट्रॉन संबंध) का बाहरी काम वैक्यूम के शून्य स्तर की ऊर्जा और चालन क्षेत्र (चित्र 1) के नीचे की ऊर्जा के बीच अंतर है।

आप ठोस और वैक्यूम की सीमा पर संभावित बाधा की घटना के लिए दो मुख्य कारण निर्दिष्ट कर सकते हैं। उनमें से एक इस तथ्य से संबंधित है कि इलेक्ट्रॉन, क्रिस्टल से बाहर उड़ने के लिए, इसकी सतह पर सकारात्मक विद्युत चार्ज प्रेरित करता है। इलेक्ट्रॉन और क्रिस्टल की सतह (विद्युत छवि की शक्ति, खंड 5, चित्र 12 देखें) के बीच आकर्षण की शक्ति, जो इलेक्ट्रॉन को क्रिस्टल में वापस लौटने की मांग कर रही है। एक अन्य कारण यह है कि इस तथ्य के कारण कि गर्मी आंदोलन के कारण इलेक्ट्रॉन धातु की सतह को पार कर सकते हैं और इसे छोटी दूरी (परमाणु क्रम) के लिए हटा सकते हैं। वे सतह के ऊपर एक नकारात्मक चार्ज परत बनाते हैं। इस मामले में क्रिस्टल की सतह पर, इलेक्ट्रॉन निकास के बाद, आयनों की सकारात्मक रूप से चार्ज परत बनती है। नतीजतन, एक डबल इलेक्ट्रिक परत बनती है। यह बाहरी स्थान में फ़ील्ड नहीं बनाता है, लेकिन दोहरी परत के अंदर बिजली के क्षेत्र को दूर करने के लिए, यह भी काम करने की आवश्यकता है।

अधिकांश धातुओं और अर्धचालक के लिए आउटपुट का मूल्य कुछ इलेक्ट्रॉन वोल्ट है। उदाहरण के लिए, लिथियम के लिए, बाहर निकलने का काम 2.38 ईवी, लौह - 4.31 ईवी, जर्मनी - 4.76 ईवी, सिलिकॉन - 4.8 ईवी है। बाहर निकलने के संचालन का सबसे बड़ा मूल्य एकल क्रिस्टल के चेहरे के क्रिस्टलोग्राफिक अभिविन्यास द्वारा निर्धारित किया जाता है, जिसके साथ इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन होता है। (110) के लिए - टंगस्टन के अपवाद, आउटपुट का संचालन 5.3 ईवी है, क्योंकि (111) और (100) -lostes, ये मान क्रमश: 4.4 ईवी और 4.6 ईवी के बराबर हैं।

क्रिस्टल की सतह पर लागू पतली परतें बाहर निकलने के काम पर एक बड़ा प्रभाव है। क्रिस्टल की सतह पर परीक्षण किए जाने वाले परमाणु या अणु अक्सर एक इलेक्ट्रॉन देते हैं या इससे इलेक्ट्रॉन लेते हैं और आयन बन जाते हैं। अंजीर में। 2 धातु के इलेक्ट्रॉन आउटलेट के थर्मोडायनामिक ऑपरेशन के मामले के लिए धातु के ऊर्जा आरेख और एक इन्सुलेटेड परमाणु दिखाता है डब्ल्यू 0 Io Niz की ऊर्जा से अधिक ई आयन परमाणु इसकी सतह पर निकलते हैं, इस स्थिति में एक परमाणु का इलेक्ट्रॉन ऊर्जावान रूप से फायदेमंद है प्रोटोनलाइन धातु में और फर्मी स्तर पर नीचे जाना। इस तरह के परमाणुओं के साथ कवर धातु की सतह पर नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है और सकारात्मक आयनों के साथ एक डबल विद्युत परत बनाता है, जिस का क्षेत्र धातु के आउटलेट के संचालन को कम करेगा। अंजीर में। एस, लेकिन मोनोलेयर सेसियम द्वारा कवर एक टंगस्टन क्रिस्टल दिखाया गया है। ऊपर चर्चा की गई स्थिति को यहां ऊर्जा के रूप में लागू किया जा रहा है। ई आयन सेसियम (3.9 ईवी) टंगस्टन (4.5 ईवी) के बाहर निकलने के संचालन से कम है। प्रयोगों में, बाहर निकलने का संचालन तीन गुना से अधिक घटता है। विपरीत स्थिति देखी जाती है यदि टंगस्टन को ऑक्सीजन परमाणुओं (चित्र 3 बी) के साथ लेपित किया जाता है। चूंकि ऑक्सीजन में वैलेंस इलेक्ट्रॉनों का कनेक्शन टंगस्टन की तुलना में मजबूत होता है, तो टंगस्टन सतह पर ऑक्सीजन सोखना एक डबल इलेक्ट्रिक परत बनती है, जो धातु के आउटलेट के संचालन को बढ़ाती है। सबसे अधिक मामला लागू किया जा रहा है जब सतह पर वातावरण अपने इलेक्ट्रॉन धातु को पूरी तरह से सही नहीं करता है या अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन बनाता है, लेकिन अपने इलेक्ट्रॉनिक खोल को विकृत करता है ताकि सतह पर adsorbed परमाणुओं को ध्रुवीकृत किया जा सके और बिजली dipoles (चित्र 3) बन गए हैं V)। डिप्लोल्स के अभिविन्यास के आधार पर, धातु आउटलेट का संचालन घटता है (द्विध्रुवीय का अभिविन्यास चित्र 3 v) या बढ़ता है।

2. थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन की घटना

थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन ठोस सतह के इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के प्रकारों में से एक है। थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन के मामले में, बाहरी प्रभाव ठोस के हीटिंग से जुड़ा हुआ है।

थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन की घटना एक वैक्यूम या एक और बुधवार को गर्म शरीर (उत्सर्जक) के साथ इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन है।

थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थितियों में, इलेक्ट्रॉनों की संख्या n (e)से अंतराल में ऊर्जा होना इ। इससे पहले इ।+डे।फर्मी Dirac आंकड़ों द्वारा निर्धारित:

,(1)

कहा पे जी (ई) - ऊर्जा के अनुरूप क्वांटम राज्यों की संख्या इ।; इ। एफ - फर्मी ऊर्जा; क। - स्थायी बोल्टज़मान; टी - निरपेक्ष तापमान।

अंजीर में। 4 ऊर्जा द्वारा धातु ऊर्जा योजना और इलेक्ट्रॉन वितरण घटता दिखाता है जब टी\u003d 0 के, कम तापमान पर टी 1 और उच्च तापमान पर टी 2।। फर्मी की ऊर्जा से कम सभी इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा पर 0 पर। किसी भी इलेक्ट्रॉनों को क्रिस्टल छोड़ नहीं सकता है और कोई थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन नहीं देखा जाता है। बढ़ते तापमान के साथ, धातु की बढ़ोतरी के बाहर निकलने में सक्षम थर्मल उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की संख्या, जो थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन की घटना का कारण बनती है। अंजीर में। 4 इस तथ्य से सचित्र है कि टी \u003d टी 2 वितरण वक्र की "पूंछ" संभावित गड्ढे के शून्य स्तर में प्रवेश करती है। यह संभावित बाधा की ऊंचाई से अधिक ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों के उद्भव को इंगित करता है।

धातुओं के लिए, आउटपुट का संचालन कई इलेक्ट्रॉन वोल्ट है। ऊर्जा क। टी यहां तक \u200b\u200bकि हजारों केल्विनोव, इलेक्ट्रॉन-वोल्ट शेयरों के तापमान पर भी। शुद्ध धातुओं के लिए, इलेक्ट्रॉनों का महत्वपूर्ण उत्सर्जन लगभग 2000 के तापमान पर प्राप्त किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, शुद्ध टंगस्टन में, एक उल्लेखनीय उत्सर्जन 2500 के तापमान पर प्राप्त किया जा सकता है।

थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन का अध्ययन करने के लिए, गर्म शरीर (कैथोड) की सतह पर एक विद्युत क्षेत्र बनाना आवश्यक है, emitter की सतह से उन्हें (चूषण) को हटाने के लिए इलेक्ट्रॉनों में तेजी लाने के लिए आवश्यक है। एक विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन गति में आते हैं और एक विद्युत प्रवाह बनता है, जिसे कहा जाता है थर्मोइलेक्ट्रॉनिक। थर्मोइलेक्ट्रॉनिक वर्तमान का निरीक्षण करने के लिए, एक वैक्यूम डायोड आमतौर पर उपयोग किया जाता है - दो इलेक्ट्रोड के साथ एक इलेक्ट्रॉनिक दीपक। दीपक का कैथोड अपवर्तक धातु (टंगस्टन, मोलिब्डेनम, आदि) से एक धागा करता है, बिजली के झटके से गरमागरम। एनोड में आमतौर पर चमकदार कैथोड के आस-पास एक धातु सिलेंडर का आकार होता है। थर्मोइलेक्ट्रॉनिक वर्तमान का निरीक्षण करने के लिए, डायोड को चित्र में दिखाए गए सर्किट में शामिल किया गया है। 5. जाहिर है, थर्मोइलेक्ट्रॉनिक वर्तमान शक्ति को बढ़ते संभावित अंतर के साथ बढ़ाना चाहिए वी एनोड और कैथोड के बीच। हालांकि, यह वृद्धि आनुपातिक रूप से नहीं है वी (चित्र 6)। एक निश्चित वोल्टेज तक पहुंचने पर, थर्मोइलेक्ट्रॉनिक वर्तमान की बढ़ती व्यावहारिक रूप से समाप्त हो जाती है। इस कैथोड तापमान पर थर्मोइलेक्ट्रॉनिक वर्तमान की सीमा मूल्य को संतृप्ति वर्तमान कहा जाता है। संतृप्ति प्रवाह का मूल्य थर्मोइलेक्ट्रॉन की मात्रा से निर्धारित होता है, जो प्रति इकाई कैथोड की सतह से बाहर निकलने में सक्षम होते हैं। इस मामले में, कैथोड से थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन के परिणामस्वरूप आपूर्ति किए गए सभी इलेक्ट्रॉन विद्युत प्रवाह के गठन के लिए शामिल हैं।

3. तापमान से थर्मोइलेक्ट्रॉनिक वर्तमान की निर्भरता। सूत्र रिचर्डसन-डेसमैन

जब थर्मोइलेक्ट्रॉनिक वर्तमान की घनत्व की गणना हम इलेक्ट्रॉनिक गैस मॉडल का उपयोग करेंगे और लागू करेंगे उसके लिए सांख्यिकी फर्मी Dirac। यह स्पष्ट है कि थर्मोइलेक्ट्रॉनिक वर्तमान की घनत्व क्रिस्टल सतह के पास इलेक्ट्रॉन क्लाउड घनत्व द्वारा निर्धारित की जाती है, जिसे सूत्र (1) द्वारा वर्णित किया गया है। आइए इस सूत्र को ऊर्जा द्वारा इलेक्ट्रॉनों के वितरण से इम्पल्स द्वारा इलेक्ट्रॉनों के वितरण तक चालू करें। उसी समय, इलेक्ट्रॉन वेव वेक्टर के अनुमत मान क। में क। -स्पारे को समान रूप से वितरित किया जाता है ताकि प्रत्येक मान के लिए क। 8 के लिए खाते हैं। पी 3 (एक क्रिस्टल वॉल्यूम के लिए एक के बराबर)। उस ईमेल नाड़ी को ध्यान में रखते हुए पी \u003d ћ क। हम यह प्राप्त करते हैं कि पल्स स्पेस की मात्रा के तत्व में क्वांटम राज्यों की संख्या डीपी एक्स।डीपी वाई।डीपी जेड।बराबर होगा

(2)

फॉर्मूला (2) के संख्यात्मक में दो इलेक्ट्रॉन स्पिन के दो संभावित मूल्यों को ध्यान में रखते हैं।

हम एक्सिस को निर्देशित करते हैं जेड आयताकार समन्वय प्रणाली कैथोड की सतह के लिए सामान्य है (चित्र 7)। हम क्रिस्टल की सतह पर एक ही क्षेत्र की साइट को हाइलाइट करते हैं और इस पर निर्माण करते हैं, एक साइड एज के साथ आयताकार समानांतर के आधार पर। v z \u003d।पी जेड /एम एन।(एम एन। - प्रभावी इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान)। इलेक्ट्रॉन संतृप्ति वर्तमान घटक की घनत्व में खजाना देते हैं वी जेड।धुरी के साथ गति जेड। एक इलेक्ट्रॉन से वर्तमान घनत्व में योगदान बराबर है

(3)

कहा पे इ। - इलेक्ट्रॉन चार्ज।

समानांतर में इलेक्ट्रॉनों की संख्या, जिनकी गति अंतराल में विचार के तहत निष्कर्ष निकाला जाता है:

इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के लिए, क्रिस्टल जाली नष्ट नहीं होती है, इलेक्ट्रॉनों का एक महत्वहीन हिस्सा क्रिस्टल से बाहर होना चाहिए। इसके लिए, जैसा कि फॉर्मूला (4) में दिखाया गया है, एक शर्त की जानी चाहिए उसके एफ>> क।टी। फॉर्मूला (4) के संप्रदाय में ऐसे इलेक्ट्रॉनों के लिए, एक इकाई को उपेक्षित किया जा सकता है। फिर यह सूत्र मन में परिवर्तित हो गया है

(5)

हम अब इलेक्ट्रॉनों की संख्या पाएंगे डीएन। माना जाता है जेड- जो आवेग के बीच समाप्त होता है आर जेड तथा आर Z +।डीपी जेड।। ऐसा करने के लिए, पिछली अभिव्यक्ति को एकीकृत किया जाना चाहिए आर एक्स। तथा आर वाई सीमा में-∞ से + ∞। इसे एकीकृत करते समय यह विचार करना आवश्यक है

,

और सारणीबद्ध अभिन्न का उपयोग करें

,.

नतीजतन, हमें मिलता है

.(6)

अब, विचार (3), हम समानांतरपिपिपि के सभी इलेक्ट्रॉनों द्वारा बनाई गई थर्मोइलेक्ट्रॉनिक प्रवाह की घनत्व पाएंगे। इसके लिए, अभिव्यक्ति (6) को सभी इलेक्ट्रॉनों के लिए एकीकृत किया जाना चाहिए जिनके फर्मी स्तर पर गतिशील ऊर्जा ई ≥ई एफ +।डब्ल्यू 0केवल ऐसे इलेक्ट्रॉन क्रिस्टल छोड़ सकते हैं और केवल वे थर्मोट्रेशन की गणना में भूमिका निभाते हैं। धुरी के साथ ऐसे इलेक्ट्रॉनों की नाड़ी के लिए प्रोत्साहन जेड स्थिति को पूरा करना चाहिए

.

इसलिए, संतृप्ति वर्तमान की घनत्व

एकीकरण सभी मूल्यों के लिए किया जाता है। हम एक नया एकीकरण चर परिचय देते हैं

फिर पी जेड डीपी जेड \u003dएम एन डु। तथा

.(8)

नतीजतन, हमें मिलता है

,(9)

,(10)

जहां स्थिर

.

समानता (10) को सूत्र कहा जाता है रिचर्डसन-डेसमैन। थर्मोइलेक्ट्रॉनिक संतृप्ति वर्तमान की घनत्व को मापना, इस सूत्र के लिए निरंतर ए और आउटपुट डब्ल्यू 0 की गणना करना संभव है। प्रयोगात्मक गणना के लिए, सूत्र रिचर्डसन-डेसमैन आसानी से रूप में उपस्थित

इस मामले में, ग्राफ की लत ln (जे एस /टी 2) 1 से। / टी। सीधी रेखा व्यक्त की जाती है। मालिक के साथ सीधे चौराहे से, ऑर्डेंट्स एलएन की गणना करते हैं लेकिन अ , और झुकाव के कोने के साथ, आउटपुट निर्धारित किया जाता है (चित्र 8)।

4. संपर्क संभावित अंतर

विभिन्न आउटपुट कार्यों के साथ दो धातु कंडक्टर, जैसे दो इलेक्ट्रॉनिक कंडक्टर के संपर्क के दौरान होने वाली प्रक्रियाओं पर विचार करें। इन धातुओं की ऊर्जा योजनाएं अंजीर में दिखाए जाते हैं। 9. चलो इ। एफ 1। तथा इ। एफ 2। - क्रमशः पहले और दूसरे धातु के लिए फर्मि ऊर्जा, और डब्ल्यू 01। तथा डब्ल्यू 02। - उनका निकास काम। धातुओं की एक अलग स्थिति में, वैक्यूम का स्तर और इसलिए, फर्मी के विभिन्न स्तर समान होते हैं। मान लीजिए कि निश्चित रूप से डब्ल्यू 01।< डब्ल्यू 02।, फिर फर्मी फर्स्ट मेटल का स्तर दूसरे से अधिक होगा (चित्र 9 ए)। धातु में कब्जे वाले इलेक्ट्रॉनिक राज्यों के खिलाफ इन धातुओं के संपर्क में 1 धातु के मुक्त ऊर्जा स्तर हैं। इसलिए, इन कंडक्टर के संपर्क में, परिणामी इलेक्ट्रॉन प्रवाह कंडक्टर 1 से कंडक्टर 2 तक होता है। इससे होता है तथ्य यह है कि पहले कंडक्टर, इलेक्ट्रॉनों को खोने, सकारात्मक रूप से शुल्क लिया जाता है, और दूसरा कंडक्टर अधिग्रहण अतिरिक्त नकारात्मक चार्ज, नकारात्मक चार्जिंग। चार्ज करने के कारण, धातु 1 के सभी ऊर्जा स्तर को स्थानांतरित कर दिया गया है, और धातु 2 ऊपर है। ऑफ़सेट स्तर और कंडक्टर 1 से कंडक्टर 2 तक इलेक्ट्रॉनों की संक्रमण प्रक्रिया की प्रक्रिया तब तक जारी रहेगी जब तक कि खेत के स्तर को स्तरित नहीं किया जाता है (चित्र 9 बी)। जैसा कि इस पैटर्न से देखा जा सकता है, संतुलन स्थिति कंडक्टर 0 1 और 0 2 के शून्य स्तरों के बीच संभावित अंतर से मेल खाती है:

.(11)

संभावित अंतर वी के.आर.पी. बुला हुआ संपर्क अंतर क्षमता। नतीजतन, क्षमता का संपर्क अंतर कंडक्टर से संपर्क करने से इलेक्ट्रॉन निकास कार्य के अंतर से निर्धारित किया जाता है। परिणामी परिणाम इलेक्ट्रॉनों द्वारा दो सामग्रियों के आदान-प्रदान के लिए किसी भी विधियों के लिए उचित है, जिसमें बाहरी श्रृंखला के माध्यम से वैक्यूम में थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन शामिल है। एक अर्धचालक के साथ धातु संपर्क होने पर समान परिणाम प्राप्त होते हैं। धातुओं और अर्धचालकों के बीच एक संपर्क संभावित अंतर है, जो दो धातुओं (लगभग 1 बी) से संपर्क करने के मामले में परिमाण के समान क्रम के बारे में है। अंतर यह है कि यदि कंडक्टर में, संभावित रूप से धातुओं के पूरे संपर्क अंतर को धातु के बीच के अंतराल पर व्यावहारिक रूप से माना जाता है, फिर अर्धचालक के साथ धातु संपर्क के साथ, संभावित संपर्क अंतर एक अर्धचालक पर पड़ता है, जिसमें पर्याप्त रूप से बड़ा होता है इलेक्ट्रॉनों द्वारा समृद्ध या समाप्त होने वाली परत का गठन किया जाता है। यदि यह परत इलेक्ट्रॉनों के साथ समाप्त हो जाती है (मामले में जब सेमीकंडक्टर एन-टाइप का आउटपुट धातु आउटलेट के संचालन से कम होता है), तो ऐसी परत कॉल अवरोधन और इस तरह के एक संक्रमण सीधे गुण होंगे। अर्धचालक के साथ धातु संपर्क को सुधारने में उत्पन्न संभावित बाधा, कहा जाता है बैरियर Schottky, और इस पर चल रहे डायोड - schottky डायोड.

वाल्ट-एम्पीयर कम उत्सर्जन घनत्व पर थर्माकोथोग्राफी की विशेषता। प्रभाव Schottky

यदि ताप फ्रेम और डायोड एनोड (चित्र 5) के बीच क्षमता में अंतर बनाएं वीजो इलेक्ट्रॉनों के आंदोलन को एनोड के लिए रोकता है, तो केवल उनमें से केवल उन लोगों को एनोड पर पहुंचा जा सकता है, जो कि कैथोड से बाहर निकलता है किनेटिक ऊर्जा के फीडर के साथ एनोड और कैथोड के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की ऊर्जा से कम नहीं है, अर्थात -इ। वी(वी< 0)। इसके लिए, थर्माकाथोड में उनकी ऊर्जा कम नहीं होनी चाहिए डब्ल्यू 0-ई।वी। फिर, सूत्र में बदलना रिचर्डसन-डेसमैन (10) डब्ल्यू 0 पर डब्ल्यू 0-ई।वी, हम थर्मोमिशन वर्तमान घनत्व के लिए निम्नलिखित अभिव्यक्ति प्राप्त करते हैं:

,(12)

यहां जे एस। - संतृप्ति वर्तमान घनत्व। Logarithming इस अभिव्यक्ति

.(13)

एनोड पर सकारात्मक क्षमता के साथ, एनोड पर थर्मोचोड गिरने वाले सभी इलेक्ट्रॉनों। इसलिए, श्रृंखला में वर्तमान में संतृप्ति के बराबर प्रवाह नहीं होना चाहिए। इस तरह, वाल्ट-एम्पीयर थर्मोकेट के विशेषता (वाह) को अंजीर में देखा जाएगा। 10 (वक्र ए)।

इस तरह के वैक को केवल अपेक्षाकृत छोटी उत्सर्जन घनत्व और एनोड पर उच्च सकारात्मक क्षमता के साथ मनाया जाता है, जब इलेक्ट्रॉनों की एक महत्वपूर्ण मात्रा उत्सर्जक सतह के पास नहीं होती है। थर्मोकैथोग्राफी की वोल्ट-एएमपीएस विशेषता, अनुभाग में माना गया स्थानिक शुल्क को ध्यान में रखते हुए। 6।

हम छोटे उत्सर्जन घनत्व के साथ वाह की एक और महत्वपूर्ण विशेषता पर ध्यान दें। इस निष्कर्ष पर कि थर्मोटल्का संतृप्ति तक पहुंचता है वी\u003d 0, केवल इस मामले के लिए मान्य जब कैथोड और एनोड सामग्री के पास आउटपुट का एक ही थर्मोडायनामिक ऑपरेशन होता है। यदि कैथोड और एनोड से बाहर काम एक-दूसरे के बराबर नहीं है, तो एनोड और कैथोड के बीच संभावित क्षमता का संपर्क अंतर दिखाई देता है। इस मामले में, बाहरी विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में भी ( वी\u003d 0) संभावित संपर्कों के संपर्क अंतर के कारण एनोड और कैथोड के बीच एक विद्युत क्षेत्र है। उदाहरण के लिए, अगर डब्ल्यू 0 के।< डब्ल्यू 0 ए। एनोड से कैथोड के सापेक्ष नकारात्मक रूप से शुल्क लिया जाएगा। एनोड पर संपर्क अंतर क्षमता को नष्ट करने के लिए, एक सकारात्मक विस्थापन प्रस्तुत किया जाना चाहिए। इसलिये वाल्ट-एम्पीयर थर्मोकेट विशेषता सकारात्मक क्षमता (छवि 10, वक्र बी) की दिशा में संभावित में संपर्क अंतर की परिमाण द्वारा स्थानांतरित की जाती है। के बीच विपरीत अनुपात के साथ डब्ल्यू 0 के। तथा डब्ल्यू 0 ए। वाह की कतरनी दिशा विपरीत है (चित्र 10 में वक्र)।

संतृप्ति के घनत्व की स्वतंत्रता के बारे में निष्कर्ष जब वर्तमान में वी\u003e 0 दृढ़ता से आदर्श। वास्तविक दुनिया थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन में, बढ़ते हुए थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन प्रवाह में थोड़ी वृद्धि हुई है वी संतृप्ति मोड में, जो साथ जुड़ा हुआ है प्रभाव Schotti (चित्र 11)।

Schottky प्रभाव बाहरी त्वरित विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत ठोस पदार्थों से इलेक्ट्रॉन उत्पादन के संचालन में कमी है।

Schotti के प्रभाव की व्याख्या करने के लिए, हम क्रिस्टल की सतह के पास इलेक्ट्रॉन पर अभिनय बलों पर विचार करते हैं। क्रिस्टल की सतह पर इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेरण के कानून के अनुसार, विपरीत संकेत के सतह शुल्क प्रेरित होते हैं, जो सतह क्रिस्टल से इलेक्ट्रॉन की बातचीत को निर्धारित करते हैं। विद्युत छवियों की विधि के अनुसार, इलेक्ट्रॉन पर वास्तविक सतह शुल्क के प्रभाव को काल्पनिक की क्रिया द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है प्वाइंट पॉजिटिव चार्ज + ई।एक इलेक्ट्रॉन के रूप में क्रिस्टल सतह से एक ही दूरी पर स्थित, लेकिन सतह के विपरीत तरफ (चित्र 12) से। फिर, कोलन के कानून के अनुसार, दो बिंदु शुल्कों की बातचीत की ताकत

,(14)

यहां ε ओ - बिजली निरंतर: एच - इलेक्ट्रॉन और क्रिस्टल की सतह के बीच की दूरी।

विद्युत छवि शक्ति क्षेत्र में संभावित इलेक्ट्रॉन ऊर्जा, यदि वैक्यूम के शून्य स्तर से गिनती है, बराबर है

.(15)

एक बाहरी त्वरण विद्युत क्षेत्र में संभावित इलेक्ट्रॉन ऊर्जा इ।

पूर्ण संभावित इलेक्ट्रॉन ऊर्जा

.(17)

क्रिस्टल की सतह के पास स्थित कुल इलेक्ट्रॉन ऊर्जा की ग्राफिक नींव अंजीर में दिखाया गया है। 13, जो स्पष्ट रूप से क्रिस्टल से इलेक्ट्रॉन आउटलेट के संचालन में कमी दिखाता है। संभावित इलेक्ट्रॉन ऊर्जा का कुल वक्र (चित्र 13 में ठोस वक्र) बिंदु पर अधिकतम पहुंचता है एक्स एम।:

.(18)

यह बिंदु बाहरी क्षेत्र की ताकत के साथ 10å की दूरी पर सतह से है। » 3× 10 6 वी / सेमी।

बिंदु पर एच म। संभावित बाधा में कमी के बराबर कुल संभावित ऊर्जा (और इसके परिणामस्वरूप, आउटपुट के संचालन में कमी),

.(19)

Schottki के प्रभाव के परिणामस्वरूप, एनोड पर सकारात्मक वोल्टेज के साथ थर्मॉडी का वर्तमान एनोडिक वोल्टेज बढ़ाने के साथ बढ़ता है। यह प्रभाव न केवल प्रकट होता है जब वैक्यूम में इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन, बल्कि उन्हें संपर्क, धातु-अर्धचालक या धातु-ढांकता हुआ के माध्यम से ले जाने पर भी प्रकट होता है।

6. स्थानिक चार्ज द्वारा वैक्यूम में वर्तमान। कानून "तीन सेकंड"

वर्तमान थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन की बड़ी घनत्व के साथ, वोल्ट-एम्पीयर विशेषता का कैथोड और एनोड के बीच उत्पन्न होने वाले चारों ओर नकारात्मक चार्ज का महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। यह थोक नकारात्मक शुल्क कैथोड से कैथोड से एनोड इलेक्ट्रॉनों को रोकता है। इस प्रकार, एनोड वर्तमान कैथोड से इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन से कम हो जाता है। एक सकारात्मक क्षमता के एनोड पर लागू होने पर, वॉल्यूम चार्ज द्वारा बनाए गए कैथोड में एक अतिरिक्त संभावित बाधा कम हो जाती है और एनोड वर्तमान बढ़ रहा है। थर्मॉडी की वोल्ट-एम्पीयर विशेषता पर स्थानिक चार्ज के प्रभाव की उच्च गुणवत्ता वाली तस्वीर है। सैद्धांतिक रूप से, 1 9 13 में लैंगमुर ने इस मुद्दे की जांच की थी।

हम कई सरल धारणाओं के तहत गणना करते हैं कि एनोड और कैथोड के बीच लागू बाहरी संभावित अंतर से थर्मोडनोड वर्तमान की निर्भरता और क्षेत्र के वितरण, एनोड के बीच इलेक्ट्रॉनों की संभावित और एकाग्रता और लेखांकन के दौरान कैथोड के बीच इलेक्ट्रॉनों की एकाग्रता मिलती है स्थानिक प्रभार।

मान लीजिए कि डायोड के इलेक्ट्रोड फ्लैट हैं। एनोड और कैथोड के बीच थोड़ी दूरी के साथ डी उन्हें असीम रूप से बड़ा माना जा सकता है। निर्देशांक की शुरुआत कैथोड की सतह पर रखी जाएगी, और धुरी एक्स।हम एनोड की ओर इस सतह के लिए एक लंबवत भेज देंगे (चित्र 14)। कैथोड तापमान निरंतर और समान का समर्थन करेगा टी। इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की क्षमता जे। एनोड और कैथोड के बीच अंतरिक्ष में मौजूदा, केवल एक समन्वय का एक समारोह होगा एच। उसे संतुष्ट करना चाहिए पोइसन समीकरण

,(20)

यहां आर - थोक घनत्व शुल्क; एन - इलेक्ट्रॉन एकाग्रता; जे। , आर तथा एन समन्वय के कार्य हैं एच.

कैथोड और एनोड के बीच वर्तमान घनत्व को ध्यान में रखते हुए

और इलेक्ट्रॉन की गति वी समीकरण से निर्धारित किया जा सकता है

कहा पे म। - इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान, समीकरण (20) को मन में परिवर्तित किया जा सकता है

, .(21)

इस समीकरण को सीमा शर्तों के साथ पूरक होना चाहिए।

इन सीमाओं की शर्तों का पालन इस तथ्य से किया जाता है कि कैथोड की सतह के पास विद्युत क्षेत्र की संभावित और तनाव शून्य पर लागू किया जाना चाहिए। समीकरण (21) दोनों भागों को गुणा करना डीजे। / डीएक्स।, प्राप्त

.(23)

उस पर विचार करना

(24 ए)

तथा , (24 बी)

हम (23) लिखते हैं

.(25)

अब आप समीकरण (25) दोनों भागों को एकीकृत कर सकते हैं एच 0 से लेकर मूल्य तक एक्स।जिसमें क्षमता बराबर है जे। । फिर, सीमा शर्तों को ध्यान में रखते हुए (22) हमें मिलता है

दोनों भागों (27) को एकीकृत करना एच=0, जे। \u003d 0 हो एच=1, जे।= वी ए, प्राप्त

.(28)

एक वर्ग में समानता (28) के दोनों हिस्सों को स्थापित करना और वर्तमान घनत्व व्यक्त करना जे।का लेकिन अ (21) के अनुसार, हमें मिलता है

.(30)

फॉर्मूला (2 9) को "तीन सेकंड का कानून" लैंगमर कहा जाता है।

यह कानून मनमानी रूप के इलेक्ट्रोड के लिए उचित है। संख्यात्मक गुणांक के लिए अभिव्यक्ति इलेक्ट्रोड के रूप में निर्भर करता है। ऊपर प्राप्त सूत्र हमें कैथोड और एनोड के बीच की जगह में संभावित वितरण, विद्युत क्षेत्र की ताकत और इलेक्ट्रॉनों की घनत्व की गणना करने की अनुमति देता है। अभिव्यक्ति का एकीकरण (26) से लेकर एच\u003d 0 मूल्य के लिए जब क्षमता बराबर होती है जे। , अनुपात की ओर जाता है

वे। संभावित कैथोड से दूरी के अनुपात में भिन्न होता है एच डिग्री 4/3 से। यौगिक डीजे।/ डीएक्स। इलेक्ट्रोड के बीच विद्युत क्षेत्र की ताकत को दर्शाता है। (26) के अनुसार, विद्युत क्षेत्र की ताकत की परिमाण इ। ~एच उन्नीस। अंत में, इलेक्ट्रॉनों की एकाग्रता

(32)

और, के अनुसार (31) एन(एक्स।)~ (1/एक्स।) 2/9 .

निर्भरता जे। (एच ), इ।(एच ) मैं। एन(एच ) अंजीर में दिखाए जाते हैं। 15. अगर एच → 0, एकाग्रता अनंत की ओर बढ़ती है। यह कैथोड में इलेक्ट्रॉनों के थर्मल वेगों की उपेक्षा का एक परिणाम है। वास्तविक स्थिति में, थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन के साथ, इलेक्ट्रॉनों कैथोड को शून्य गति के साथ नहीं छोड़ते हैं, लेकिन कुछ अंतिम उत्सर्जन दर के साथ। इस मामले में, एनोड वर्तमान मौजूद होगा भले ही कैथोड के पास एक छोटा रिवर्स इलेक्ट्रिक फ़ील्ड हो। नतीजतन, चार्ज की वॉल्यूमेट्रिक घनत्व ऐसे मूल्यों में बदल सकती है जिसमें कैथोड के पास संभावित नकारात्मक मूल्यों (चित्र 16) में कमी आती है। एनोड वोल्टेज में वृद्धि के साथ, न्यूनतम क्षमता घट जाती है और कैथोड (अंजीर में 1 और 2 घटता 16) तक पहुंच जाती है। एनोड पर पर्याप्त रूप से बड़े वोल्टेज के साथ, न्यूनतम क्षमता कैथोड के साथ विलय हो जाती है, कैथोड में फ़ील्ड शक्ति शून्य और निर्भरता के बराबर हो जाती है जे। (एच ) दृष्टिकोण (2 9), इलेक्ट्रॉनों के प्रारंभिक वेगों (चित्र 16 में वक्र 3) को ध्यान में रखे बिना डिजाइन किए गए। बड़े एनोड तनाव के साथ, स्थानिक चार्ज लगभग पूरी तरह से अवशोषित होता है और कैथोड और एनोड के बीच की क्षमता रैखिक कानून (वक्र 4, चित्र 16) के अनुसार भिन्न होती है।

इस प्रकार, इलेक्ट्रॉनों के प्रारंभिक वेगों को ध्यान में रखते हुए, इंटरइलेक्ट्रोड स्पेस में संभावित वितरण का वितरण, "तीन सेकंड" कानून के समापन में आदर्श मॉडल पर आधारित होने वाले व्यक्ति से काफी अलग है। यह एनोड वर्तमान घनत्व की परिवर्तन और निर्भरता की ओर जाता है। गणना, अंजीर में दिखाए गए संभावित क्षमता के वितरण के मामले के लिए, इलेक्ट्रॉनों के प्रारंभिक वेगों को ध्यान में रखते हुए। 17, और बेलनाकार रूप से इलेक्ट्रोड के लिए थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन के कुल प्रवाह के लिए निम्नलिखित निर्भरता देता है मैं। (मैं।=जेएस।कहां है एस - थर्मोटेक्शन का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र):

.(33)

मापदंडों एक्स एम। तथा वी एम।निर्भरता के प्रकार से परिभाषित जे। (एच ), अर्थ अंजीर से स्पष्ट है। 17. पैरामीटर एच म। कैथोड से दूरी के बराबर है, जिस पर संभावित न्यूनतम मूल्य \u003d वी एम।। फ़ैक्टर सी।(एक्स एम।), अलावा एक्स एम।त्रिज्या कैथोड और एनोड पर निर्भर करता है। समीकरण (33) एनोड वोल्टेज में छोटे बदलावों के लिए मान्य है, क्योंकि तथा एच म। तथा वी एम।हालांकि, इस पर चर्चा की गई, एनोड वोल्टेज पर निर्भर करता है।

इस प्रकार, "तीन सेकंड" कानून में सार्वभौमिक प्रकृति नहीं है, यह केवल अपेक्षाकृत संकीर्ण वोल्टेज अंतराल और धाराओं में मान्य है। हालांकि, यह वर्तमान शक्ति और इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस वोल्टेज के बीच एक गैर-रैखिक अनुपात का एक दृश्य उदाहरण है। वोल्ट-एम्पीयर विशेषता की नॉनलाइनरिटी रेडियो और विद्युत सर्किट के कई तत्वों की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता है, जिसमें ठोस राज्य इलेक्ट्रॉनिक्स के तत्व शामिल हैं।

भाग 2. प्रयोगशाला कार्य

7. थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन का अध्ययन करने के लिए प्रायोगिक स्थापना

एक सार्वभौमिक प्रयोगशाला स्टैंड के आधार पर लागू एक प्रयोगशाला स्थापना पर प्रयोगशाला कार्य संख्या 1 और 2 किया जाता है। स्थापना योजना अंजीर में प्रस्तुत की जाती है। 18. मापने वाले खंड में प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष गैस के कैथोड के साथ एक वैक्यूम डायोड ईमेल होता है। मापने वाले खंड के सामने पैनल में, "ग्लो" के संपर्क, एनोड "एनोड" और कैथोड "कैथोड" प्रदर्शित किए गए थे। गर्मी स्रोत डीसी प्रकार बी 5-44 ए का स्थाई स्रोत है। आरेख में आइकन मैं इंगित करता है कि स्रोत वर्तमान स्थिरीकरण मोड में काम करता है। डीसी स्रोत के साथ काम करने के आदेश के साथ, आप इस उपकरण के लिए तकनीकी विवरण और निर्देश पा सकते हैं। प्रयोगशाला कार्य में उपयोग किए जाने वाले सभी विद्युत उपकरणों के लिए समान विवरण उपलब्ध हैं। एनोड श्रृंखला में एक स्थिर डीसी स्रोत बी 5-45 ए और एक सार्वभौमिक डिजिटल वोल्टमीटर बी 7-21 ए शामिल है, जो थर्मॉडी के एनोड वर्तमान को मापने के लिए डीसी माप मोड में उपयोग किया जाता है। एनोड वोल्टेज और कैथोड वर्तमान प्रवाह को मापने के लिए, आप बिजली की आपूर्ति, उपकरणों का उपयोग कर सकते हैं या कैथोड में कैथोड के अधिक सटीक माप से कनेक्ट कर सकते हैं, पीबी 7-32 के अतिरिक्त वोल्टमीटर।

मापने वाले खंड में, विभिन्न ऑपरेटिंग कैथोड चमक के साथ वैक्यूम डायोड स्थित होना चाहिए। रेटेड गर्मी वर्तमान में, डायोड एक स्थानिक शुल्क के साथ एनोड वर्तमान के प्रतिबंध मोड में काम करता है। इस मोड को प्रयोगशाला कार्य संख्या 1 करने की आवश्यकता है। प्रयोगशाला कार्य संख्या 2 कम गैस धाराओं के तहत किया जाता है, जब स्थानिक शुल्क का प्रभाव महत्वहीन होता है। प्रवाह प्रवाह को सेट करते समय विशेष रूप से चौकस होना चाहिए, क्योंकि इस इलेक्ट्रॉन लैंप के लिए अपने नाममात्र मूल्य से ऊपर प्रवाह प्रवाह से अधिक कैथोड के फिलामेंट और डायोड के आउटपुट के बर्नआउट की ओर जाता है। इसलिए, जब काम की तैयारी करते समय, आप निश्चित रूप से एक शिक्षक या इंजीनियर के साथ ऑपरेशन में उपयोग किए गए डायोड में उपयोग किए गए ऑपरेशन के ऑपरेशन के ऑपरेटिंग वर्तमान के मान के साथ जांच करेंगे, तो डेटा को कार्यपुस्तिका में दर्ज किया जाना चाहिए और प्रयोगशाला के काम को चित्रित करते समय उपयोग किया जाना चाहिए रिपोर्ट good।

8. प्रयोगशाला कार्य संख्या 1। स्थानिक चार्ज के प्रभाव का अध्ययन वाल्ट-amp थर्मोट्रोप की विशेषता

उद्देश्य: "तीन सेकंड" कानून में डिग्री के संकेतक को निर्धारित करने, एनोडिक वोल्टेज पर थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन वर्तमान निर्भरता का प्रायोगिक अध्ययन।

वाल्ट-एम्पीयर थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन वर्तमान विशेषता "तीन सेकंड" कानून द्वारा वर्णित है (धारा 6 देखें)। डायोड के संचालन का यह तरीका पर्याप्त रूप से बड़े कैथोड गर्मी धाराओं पर होता है। आम तौर पर, वैक्यूम डायोड के वर्तमान के रेटेड वर्तमान में, एक स्थानिक शुल्क सीमित है।

इस प्रयोगशाला कार्य को करने के लिए प्रायोगिक स्थापना अनुभाग में वर्णित है। 7. ऑपरेशन में रेटेड गर्मी वर्तमान में डायोड की वोल्ट-एम्पीयर विशेषता को हटाने के लिए आवश्यक है। प्रयुक्त इलेक्ट्रॉनिक दीपक के पैमाने के ऑपरेटिंग वर्तमान का मूल्य शिक्षक या इंजीनियर से लिया जाना चाहिए और कार्यपुस्तिका को लिखना चाहिए।

कार्य करने के लिए प्रक्रिया

1. प्रायोगिक स्थापना के संचालन के लिए आवश्यक उपकरणों के साथ काम करने के विवरण और क्रम से परिचित हो जाएं। चित्र 18 के अनुसार योजना एकत्रित करें। एक इंजीनियर या शिक्षक के साथ एकत्रित सर्किट की शुद्धता की जांच के बाद ही स्थापना को नेटवर्क पर शामिल किया जा सकता है।

2. कैथोड वर्तमान की बिजली आपूर्ति शामिल करें और आवश्यक प्रवाह वर्तमान सेट करें। जब प्रवाह वर्तमान परिवर्तन होता है, फिलामेंट का तापमान और प्रतिरोध परिवर्तन बदलता है, जो बदले में प्रवाह प्रवाह में बदलाव की ओर जाता है, समायोजन लगातार अनुमानों की विधि से किया जाना चाहिए। समायोजन के अंत के बाद, गर्मी के लिए लगभग 5 मिनट की प्रतीक्षा करना आवश्यक है और कैथोड तापमान स्थिर हो गया है।

3. एनोड श्रृंखला में निरंतर वोल्टेज स्रोत शामिल करें और एनोड पर वोल्टेज को बदलना, अंक पर वोल्ट-एम्पीयर विशेषता को हटा दें। वोल्ट-एम्पीयर विशेषता 0 की सीमा में हटा दी गई ... 25 वी, हर 0.5 ... 1 वी।

मैं एक।(वी ए), कहां है मैं एक। - एनोड वर्तमान, वी ए - एनोडिक तनाव।

5. यदि एनोड वोल्टेज में परिवर्तन की सीमा छोटी है, तो मान एक्स एम।, सी।(एक्स, एन।) मैं। वी एम।फॉर्मूला (33) में शामिल किया जा सकता है। बड़े के साथ वी ए मूल्य वी एम। आप उपेक्षित कर सकते हैं। सूत्र (33) के परिणामस्वरूप, इसे रूप में परिवर्तित किया जाता है (थर्मोट्रैक्शन की घनत्व से संक्रमण के बाद) जे। अपने पूर्ण अर्थ के लिए मैं।)

6. मूल्य निर्धारित करने के लिए सूत्र (34) से से एक वोल्ट-एम्पीयर विशेषता पर एनोडिक वोल्टेज के तीन अधिकतम मानों के लिए। औसत अंकगणितीय मूल्यों की गणना करें। फॉर्मूला (33) में इस मान को प्रतिस्थापित करना, मूल्य निर्धारित करना वी एम। एनोड पर तीन न्यूनतम वोल्टेज मूल्यों के लिए और औसत अंकगणितीय मूल्य की गणना करें वी एम।.

7. मूल्य का लाभ लेना वी एम। , एलएन निर्भरता का एक ग्राफ बनाएं मैं एक। ln से ( वी ए+|वी एम।|)। इस शेड्यूल के कोण का स्पर्श, डिग्री के संकेतक का निर्धारण करें मैं एक।(V a + वी एम।)। यह 1.5 के करीब होना चाहिए।

8. काम पर एक रिपोर्ट रखें।

रिपोर्ट की आवश्यकताएं

5. काम के लिए निष्कर्ष।

नियंत्रण प्रश्न

1. थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन की घटना को क्या कहा जाता है? इलेक्ट्रॉन उत्पादन के संचालन की अनुमति दें। थर्मोडायनामिक और बाहरी निकास कार्य में क्या अंतर है?

2. ठोस शरीर की सीमा पर संभावित बाधा के कारणों को समझाएं - वैक्यूम।

3. धातु की ऊर्जा योजना और ऊर्जा द्वारा इलेक्ट्रॉन वितरण वक्र, धातु से इलेक्ट्रॉनों के थर्मोमेचमाइड के आधार पर व्याख्या करें।

4. थर्मोइलेक्ट्रॉनिक वर्तमान किन स्थितियों के तहत? मैं थर्मोइलेक्ट्रॉनिक वर्तमान का निरीक्षण कैसे कर सकता हूं? संलग्न विद्युत क्षेत्र से थर्मॉडी के वर्तमान पर निर्भर करता है?

5. कानून तैयार करें रिचर्डसन-डेसमैन

6. थर्मॉडी की वोल्ट-एम्पीयर विशेषता पर वॉल्यूम नकारात्मक चार्ज के प्रभाव की गुणात्मक तस्वीर की व्याख्या करें। कानून शब्द "तीन सेकंड" लैंगमुर।

7. एक स्थानिक शुल्क द्वारा सीमित धाराओं में कैथोड और एनोड के बीच अंतरिक्ष में संभावित, विद्युत क्षेत्र की ताकत और विद्युत घनत्व का वितरण क्या है?

8. एनोड और कैथोड के बीच वोल्टेज से थर्मोमिशन वर्तमान की निर्भरता क्या है, जो स्थानिक शुल्क और प्रारंभिक इलेक्ट्रॉन की गति को ध्यान में रखती है? इस निर्भरता को परिभाषित करने वाले पैरामीटर के अर्थ की व्याख्या करें;

9. थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन का अध्ययन करने के लिए प्रयोगात्मक स्थापना योजना की व्याख्या करें। योजना के व्यक्तिगत तत्वों के उद्देश्य की व्याख्या करें।

10. कानून "तीन सेकंड" कानून में संकेतक के प्रयोगात्मक निर्धारण की विधि की व्याख्या करें।

9. प्रयोगशाला कार्य संख्या 2। कम उत्सर्जन वर्तमान घनत्व पर थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन का अध्ययन

काम का उद्देश्य: एक छोटे कैथोड हीट वर्तमान के साथ थर्मॉडी की वोल्ट-एम्पीयर विशेषताओं का अध्ययन। कैथोड और एनोड के बीच संपर्क अंतर क्षमता के प्रयोगात्मक परिणामों से दृढ़ संकल्प, कैथोड का तापमान।

छोटे थर्मल घनत्व के साथ वाल्ट-एम्पीयर विशेषता में कैथोड और एनोड (चित्र 10) के बीच संपर्क संभावित अंतर के मॉड्यूल के अनुरूप विभक्ति का एक विशिष्ट दृष्टिकोण है। कैथोड तापमान को निम्नानुसार परिभाषित किया जा सकता है। हम थर्मोट्रैक्शन की घनत्व से कम वर्तमान घनत्व पर थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन की वोल्ट-एम्पीयर विशेषताओं का वर्णन करने वाले समीकरण (12) में बदल जाते हैं जे। अपने पूर्ण अर्थ के लिए मैं।(जे।=मैं /एसकहां है एस - थर्मोट्रैक्शन का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र)। फिर हमें मिलता है

कहा पे है। - संतृप्ति वर्तमान।

Logarithming (35), हमारे पास है

.(36)

पोस्टोलॉन में, समीकरण (36) इस साइट पर वोल्ट-एम्पीयर विशेषता का वर्णन करने के बिंदु के बाईं ओर, फिर कैथोड के तापमान को निर्धारित करने के लिए, एनोडिक धाराओं के साथ इस क्षेत्र पर किसी भी दो बिंदु लेना आवश्यक है । मैं एक 1।, मैं एक 2। और एनोड तनाव यू ए 1।, यू ए 2। क्रमशः। फिर, समीकरण (36) के अनुसार,

यहां से कैथोड के तापमान के लिए हमें एक कामकाजी सूत्र मिलता है

.(37)

कार्य करने के लिए प्रक्रिया

प्रयोगशाला कार्य करने के लिए यह आवश्यक है:

1. प्रायोगिक स्थापना के संचालन के लिए आवश्यक उपकरणों के साथ काम करने के विवरण और क्रम से परिचित हो जाएं। इस योजना को चित्र के अनुसार ले लीजिए। 18. एक इंजीनियर या शिक्षक के साथ एकत्रित योजना की शुद्धता की जांच के बाद ही स्थापना को नेटवर्क में शामिल किया जा सकता है।

2. कैथोड वर्तमान के बिजली आपूर्ति स्रोत को सक्षम करें और आवश्यक प्रवाह वर्तमान स्थापित करेगा। वर्तमान सेट करने के बाद, लगभग 5 मिनट इंतजार करना आवश्यक है। ताकि गर्मी और कैथोड तापमान स्थिर हो।

3. एनोड श्रृंखला में निरंतर वोल्टेज स्रोत शामिल करें और एनोड पर वोल्टेज को बदलना, अंक पर वोल्ट-एम्पीयर विशेषता को हटा दें। वाल्ट-amp विशेषता 0 की सीमा में हटा दी जाती है ... 5 वी। हर 0.05 ... 0.2 वी।

4. मापन परिणाम एलएन निर्देशांक में ग्राफ पर जमा करें मैं एक।(वी ए), कहां है मैं एक। - एनोड वर्तमान, वी ए - एनोडिक तनाव। चूंकि इस काम में, संभावित क्षमता का संपर्क अंतर ग्राफिकल विधि द्वारा निर्धारित किया जाता है, क्षैतिज धुरी के पैमाने का चयन इस तरह से किया जाना चाहिए कि निर्धारित करने की सटीकता वी के.आर.पी. 0.1 वी से कम नहीं था।

5. वोल्ट-एम्पीयर विशेषताओं के विभाजन के बिंदु पर, एनोड और कैथोड के बीच की क्षमता के बीच संपर्क अंतर निर्धारित करें।

6. प्रतिबिंब के बिंदु के बाईं ओर वोल्ट-एएमपीएस विशेषता के झुंड वाले रैखिक हिस्से पर अंकों के तीन जोड़े के लिए कैथोड तापमान का निर्धारण करें। कैथोड तापमान की गणना फॉर्मूला (37) द्वारा की जानी चाहिए। इन आंकड़ों से औसत तापमान मूल्य की गणना करें।

7. काम पर एक रिपोर्ट रखें।

रिपोर्ट की आवश्यकताएं

रिपोर्ट एक मानक ए 4 पेपर शीट पर तैयार की गई है और इसमें शामिल होना चाहिए:

1. सिद्धांत पर मूल जानकारी।

2. प्रायोगिक स्थापना योजना और इसके संक्षिप्त विवरण।

3. माप और गणना।

4. प्राप्त प्रयोगात्मक परिणामों का विश्लेषण।

5. काम के लिए निष्कर्ष।

नियंत्रण प्रश्न

1. इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन के प्रकारों की सूची। इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन के प्रत्येक रूप में इलेक्ट्रॉनों की रिहाई का कारण क्या है?

2. थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन की घटना की व्याख्या करें। एक ठोस से एक इलेक्ट्रॉन उत्पादन की परिभाषा दें। मैं ठोस शरीर की सीमा पर संभावित बाधा के अस्तित्व को कैसे समझा सकता हूं - वैक्यूम?

3. धातु की ऊर्जा योजना और ऊर्जा द्वारा इलेक्ट्रॉन वितरण वक्र, धातु से इलेक्ट्रॉनों के थर्मोमेचमाइड के आधार पर व्याख्या करें।

4. कानून तैयार करें रिचर्डसन-डेसमैन। इस कानून की परिमाण के भौतिक अर्थ की व्याख्या करें।

5. छोटे उत्सर्जन वर्तमान घनत्वों पर थर्माकोथोग्राफी की वोल्ट-एम्पीयर विशेषताओं की विशेषताएं क्या हैं? कैथोड और एनोड के बीच की क्षमताओं के बीच संपर्क अंतर कैसे प्रभावित करता है?

6. Schotti का प्रभाव क्या है? यह प्रभाव कैसे समझा जाता है?

7. विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में इलेक्ट्रॉनों के लिए संभावित बाधा में कमी की व्याख्या करें।

8. इस प्रयोगशाला के काम में कैथोड का तापमान कैसे निर्धारित करेगा?

9. इस काम में संपर्क संभावित अंतर को निर्धारित करने के लिए विधि की व्याख्या करें।

10. प्रयोगशाला स्थापना के व्यक्तिगत तत्वों की योजना और उद्देश्य की व्याख्या करें।

इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा को कैसे सूचित किया जाता है, इस पर निर्भर करता है कि इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन के प्रकार अंतर करते हैं। यदि इलेक्ट्रॉनों को अपने तापमान को बढ़ाने के साथ शरीर की थर्मल ऊर्जा के कारण ऊर्जा प्राप्त होती है, तो हम थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन के बारे में बात कर सकते हैं। थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन का निरीक्षण करने के लिए, आप दो इलेक्ट्रोड युक्त एक अस्थिर दीपक का उपयोग कर सकते हैं: एक गरमागरम कैथोड और एक ठंडा इलेक्ट्रोड एकत्रित थर्मोइलेक्ट्रॉन - एनोड। इस तरह के दीपकों को वैक्यूम डायोड कहा जाता है। इस श्रृंखला में वर्तमान केवल तभी दिखाई देता है जब बैटरी का सकारात्मक ध्रुव एनोड से जुड़ा हुआ है, और नकारात्मक नकारात्मक-कैथोड। यह पुष्टि करता है कि कैथोड नकारात्मक कणों, इलेक्ट्रॉनों को खाता है। डायोड में थर्मोइलेक्ट्रॉनिक वर्तमान शक्ति सापेक्ष कैथोड एनोड की संभावना के मूल्य पर निर्भर करती है। एनोड वोल्टेज से डायोड में वर्तमान प्रवाह की निर्भरता को दर्शाते हुए वक्र को वोल्ट-एम्पीयर विशेषता कहा जाता है। जब एनोड क्षमता शून्य होती है, तो वर्तमान छोटा होता है, यह केवल एनोड तक पहुंचने में सक्षम सबसे तेज़ थर्मोइलेक्ट्रॉन द्वारा निर्धारित होता है। एनोड की सकारात्मक क्षमता में वृद्धि के साथ, वर्तमान शक्ति बढ़ जाती है और फिर संतृप्ति तक पहुंच जाती है, यानी लगभग एनोड वोल्टेज पर निर्भर करता है। कैथोड के तापमान में वृद्धि के साथ, वर्तमान वृद्धि का मूल्य जिस पर संतृप्ति हासिल की जाती है। उसी समय, एनोड वोल्टेज जिस पर संतृप्ति चालू होता है। इस प्रकार, डायोड की वोल्ट-एएमपीएस विशेषता नॉनलाइनर, यानी हो जाती है। ओएचएमए कानून का प्रदर्शन नहीं किया जाता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन के साथ, कैथोड सतह पर इलेक्ट्रॉनों की एक बड़ी घनत्व बनाई गई है। वे एक सामान्य नकारात्मक शुल्क बनाते हैं, और कम गति पर उड़ने वाले इलेक्ट्रॉन इसे फिसल नहीं सकते हैं। एनोड वोल्टेज में वृद्धि के साथ, स्थानिक चार्ज क्लाउड में इलेक्ट्रॉनों की एकाग्रता कम हो जाती है। इसलिए, स्थानिक चार्ज का अवरोधक प्रभाव कम है, और एनोड वर्तमान एनोड वोल्टेज पर प्रत्यक्ष निर्भरता की तुलना में एनोड वर्तमान तेजी से बढ़ रहा है। चूंकि एनोड वोल्टेज बढ़ता है, कैथोड से बाहर निकलने वाले अधिक से अधिक इलेक्ट्रॉनों को एनोड के लिए मुकदमा चलाया जाता है। एक निश्चित मूल्य के साथ, इलेक्ट्रॉनों ने प्रति इकाई कैथोड से उड़ान भरने के लिए एक एनोड तक पहुंचा। एनोडिक वोल्टेज की और वृद्धि एनोड वर्तमान की ताकत में वृद्धि नहीं कर सकती है, क्योंकि संतृप्ति हासिल की जाती है। इस कैथोड तापमान पर अधिकतम थर्मोइलेक्ट्रॉनिक वर्तमान, को संतृप्ति वर्तमान कहा जाता है। जब तापमान बढ़ाया जाता है, तो धातु में अराजक इलेक्ट्रॉन आंदोलन की दर बढ़ जाती है। इस मामले में, धातु को छोड़ने में सक्षम इलेक्ट्रॉनों की संख्या तेजी से बढ़ जाती है। संतृप्ति वर्तमान घनत्व, यानी कैथोड की सतह की प्रत्येक इकाई पर संतृप्ति प्रवाह की शक्ति की गणना रिचर्डसन-डायमन फॉर्मूला के अनुसार की जाती है: जहां - स्थायी उत्सर्जन, के-कॉन्स्टेंट बोल्टज़मान, \u003d 1.38 10-23 जे / के। संतृप्ति वर्तमान की घनत्व कैथोड की उत्सर्जन क्षमता को दर्शाती है, जो कैथोड और उसके तापमान की प्रकृति पर निर्भर करती है।

थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन की घटना का अध्ययन

कार्य का उद्देश्य:थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन की घटना का अध्ययन करने के लिए, इस घटना के भौतिक स्थिरांक के आधार पर प्रयोगात्मक रूप से जांच करें और कंप्यूटर प्रसंस्करण प्राप्त परिणाम प्राप्त करें।

सिद्धांत तत्व

थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन।

थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन घटना गर्म ठोस की सतह से इलेक्ट्रॉनों को उत्सर्जित करना है। सरलतम मामले में यह घटना इलेक्ट्रिक सर्किट में स्वयं को एक वैक्यूम अंतर द्वारा अलग दो निकायों (इलेक्ट्रोड) के साथ प्रकट करती है, एक विद्युत प्रवाह का पता चला है।

धातुओं में थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन की प्रकृति के बारे में आधुनिक विचार निम्नलिखित धारणाओं पर आधारित हैं। धातु में ऊर्जा के स्तर द्वारा इलेक्ट्रॉनों का वितरण फर्मी Dirac आंकड़ों के अधीन है, जिसके अनुसार इलेक्ट्रॉन ऊर्जा के साथ क्वांटम राज्य की संभावना फर्मि Dirac सुविधा द्वारा निर्धारित की जाती है:

(1)

कहां - फर्मी की ऊर्जा, जो पूरे इलेक्ट्रॉन प्रणाली की विशेषताओं के रूप में कार्य करती है; जे / के - बोल्ट्ज़मान का निरंतर, - डिग्री केल्विन में तापमान।

Fermi Dirac फ़ंक्शन गुणों को कई तापमान के लिए गुणात्मक रूप से प्रस्तुत किया जाता है। 1. जैसा कि आकृति से देखा जा सकता है, जब यह एक आंसू समारोह होता है। सभी ऊर्जा के लिए , वे। ऐसी ऊर्जा वाले सभी क्वांटम राज्यों को इलेक्ट्रॉनों द्वारा कब्जा कर लिया जाता है। समारोह निरंतर हो जाता है और अधिक धुंधला होता है, तापमान जितना अधिक होता है।

अंजीर। 1. धातुओं के लिए Fermi Dirac सुविधा।

धातुओं के लिए, कई इलेक्ट्रॉन-वोल्ट (ईवी) के आदेश। इस संबंध में, कमरे के तापमान और यहां तक \u200b\u200bकि उच्च (पिघलने बिंदु तक) के लिए, इलेक्ट्रॉनों का वितरण वितरण से काफी अलग नहीं है। साथ ही, यदि आप धातु की मात्रा को छोड़ने में सक्षम इलेक्ट्रॉन ऊर्जा के न्यूनतम मूल्य को नामित करते हैं, तो ऊर्जा के साथ राज्यों में, इलेक्ट्रॉनों का कुछ हिस्सा होगा, जिसकी एकाग्रता बढ़ती तापमान (छायांकित) के साथ बढ़ जाती है (छायांकित) चित्र 1 में भाग)।

वैक्यूम में धातु की मात्रा से आगे बढ़कर इलेक्ट्रॉन का न्यूनतम कार्य बराबर होता है। इस परिमाण को धातु से इलेक्ट्रॉन आउटलेट के वैक्यूम में ऑपरेशन कहा जाता है।

थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन आसानी से एक वैक्यूम डायोड के साथ अध्ययन और मनाया जाता है, जिसमें दो इलेक्ट्रोड होते हैं (एक लुढ़का हुआ कैथोड जो एक ग्लास, धातु या सिरेमिक सिलेंडर में स्थित इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के लिए कार्य करता है, और इन इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करता है)।

आरेख (चित्र 2) में एक अप्रत्यक्ष गैस कैथोड और फ्लैट इलेक्ट्रोड के साथ एक डायोड में बहने वाली भौतिक प्रक्रियाओं पर विचार करें। वोल्टेज (प्लस ऑन द एनोड) एनोड और कैथोड के बीच एक विद्युत क्षेत्र बनाता है, जो वोल्टेज पर, सजातीय होगा। जब, कैथोड थर्मोइलेक्ट्रॉन खाता है, जो एनोड और कैथोड के बीच अंतरिक्ष में एक नकारात्मक मात्रा शुल्क बनाता है जो इलेक्ट्रॉनों के आंदोलन को एनोड में रोकता है और कैथोड के पास सबसे बड़ा घनत्व होता है। विद्युत क्षेत्र का वितरण अमानवीय हो जाता है।

FIG.2 थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन की घटना का अध्ययन करने के लिए योजना।

डायोड के संचालन के दो तरीके मिलाएं:

1. संतृप्ति मोड ()। एनोड और कैथोड के बीच क्षेत्रों को तेज करने, एनोड तक पहुंचने के लिए, कैथोड से बाहर निकलने वाले सभी इलेक्ट्रॉन एनोड तक पहुंचते हैं। फिर उत्सर्जन प्रवाह एनोड वर्तमान के बराबर होता है और कैथोड के इस तापमान के लिए अधिकतम होगा (इस वर्तमान को संतृप्ति वर्तमान कहा जाता है)।

2. वॉल्यूम चार्ज मोड ()। कैथोड के पास थर्मोइलेक्ट्रॉन के लिए एक क्षेत्र ब्रेकिंग बनाने वाला वॉल्यूम चार्ज है। कम ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों इस क्षेत्र को दूर नहीं करते हैं और कैथोड में लौट आए हैं। और उच्च ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों को एनोड में आता है। और इसलिए इस मोड में।

1883 में थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन की घटना खुली है । प्रसिद्ध अमेरिकी आविष्कारकएडिसन।

यह घटना उनके द्वारा वैक्यूम दीपक में दो इलेक्ट्रोड के साथ मनाई गई थी - एनोड, जिसमें सकारात्मक क्षमता है, और
नकारात्मक क्षमता के साथ कैथोड।

कैथोड लैंप का एक धागा दे सकता है
अपवर्तक धातु (टंगस्टन, मोलिब्डेनम
टैंटलम और अन्य), गर्म बिजली
झटका।

इस तरह के एक दीपक कहा जाता हैवैक्यूम डायोड .

डायोडहोते हैं कांच या धातु से

कोरकाजिसे हवा से डंप किया जाता है। एक सिलेंडर vpiana में

दो इलेक्ट्रोड - कैथोड और एनोड। एक कैथोड डायोड में

अप्रत्यक्ष गैस एक लघु "स्टोव" है,

जो कैथोड को गर्म करने के लिए काम करता है आमतौर पर कैथोड की व्यवस्था की जाती है

एक सिलेंडर के रूप में जिसमें एक हीटर स्थित होता है, एनोड एक सिलेंडर होता है जो कैथोड के आसपास स्थित होता है। यदि आप कैथोड के सापेक्ष एनोड दीपक में सकारात्मक क्षमता जमा करते हैं
फिर एनोड और कैथोड के बीच बिजली का क्षेत्र कैथोड से एनोड तक इलेक्ट्रॉनों के आंदोलन में योगदान देगा.

यदि कैथोड ठंडा है, तो कैथोड श्रृंखला में वर्तमान एनोड है
व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित।

जब श्रृंखला में कैथोड के तापमान में वृद्धि होती है

कैथोड - एनोड विद्युत प्रवाह दिखाई देता है, जो
कैथोड के तापमान जितना अधिक होगा।

श्रृंखला में कैथोड वर्तमान के निरंतर तापमान पर

कैथोड -नोड बढ़ते अंतर के साथ बढ़ता है

क्षमतायूकैथोड और एनोड के बीच और बाहर आता है

कुछ स्थिर अर्थ के लिए

जिसे संतृप्ति वर्तमान / कहा जाता है एन .

उसी समय, कैथोड द्वारा उत्सर्जित सभी थर्मोइलेक्ट्रॉन,
एनोड पहुंचें। एनोड वर्तमान का मूल्य आनुपातिक नहीं हैयू, और इसलिए
एक वैक्यूम डायोड के लिए, ओहम कानून का प्रदर्शन नहीं किया जाता है।

वैक्यूम में गर्म शरीर (उत्सर्जकों) के साथ इलेक्ट्रॉनों को उत्सर्जित करने की घटना को थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन कहा जाता है।

थर्मोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन - इलेक्ट्रॉनों को गर्म होने पर इलेक्ट्रॉनों काइनेटिक ऊर्जा प्राप्त होती है। 1000 - 1500 डिग्री सेल्सियस तक गर्म धातु इलेक्ट्रॉनों के "बादल" से घिरा होगा। इलेक्ट्रॉनों की एक बड़ी संख्या में आउटपुट के संचालन से अधिक गतिशील ऊर्जा होगी, और ये इलेक्ट्रॉन धातु से उड़ सकते हैं।

वैक्यूम डायोड का उपयोग वैकल्पिक विद्युत प्रवाह को सीधा करने के लिए किया जाता है

तरल पदार्थ में वर्तमान की प्रकृति। इलेक्ट्रोलिसिस कानून। इलेक्ट्रोलाइट्स।

इलेक्ट्रिक वर्तमान कंडक्टर न केवल धातु और अर्धचालक हैं। विद्युत प्रवाह को पानी में कई पदार्थों के समाधान किए जाते हैं। जैसा कि अनुभव दिखाता है, साफ पानी एक विद्युत प्रवाह नहीं करता है, यानी, विद्युत शुल्क के कोई मुक्त वाहक नहीं हैं। टेबल नमक, सोडियम क्लोराइड के विद्युत प्रवाह और क्रिस्टल का संचालन न करें। हालांकि, सोडियम क्लोराइड समाधान एक अच्छा विद्युत वर्तमान कंडक्टर है। लवण, एसिड और आधारों के समाधान जो विद्युत प्रवाह को पूरा कर सकते हैं उन्हें इलेक्ट्रोलाइट्स कहा जाता है

इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से विद्युत प्रवाह का मार्ग एक ठोस या गैसीय राज्य में पदार्थ की रिहाई के साथ जरूरी है।
इलेक्ट्रोड की सतह पर। इलेक्ट्रोड पर पदार्थ का चयन दिखाता है
इलेक्ट्रोलाइट्स इलेक्ट्रिक शुल्क में आरोपित परमाणुओं को स्थानांतरित किया जाता है
पदार्थ - आयन। इस प्रक्रिया को इलेक्ट्रोलिसिस कहा जाता है।

इलेक्ट्रोलिसिस कानून

माइकल फैराडे इलेक्ट्रोलिसिस द्रव्यमान के दौरान स्थापित विभिन्न इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ प्रयोगों के आधार परम। इलेक्ट्रोड पर हाइलाइट किया गया पदार्थ इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से पारित चार्ज के आनुपातिक है∆ प्रया वर्तमान I और समय δटीवर्तमान मार्ग:

म। = क। ∆ प्र = की। ∆ टी .

इस समीकरण को इलेक्ट्रोलिसिस कानून कहा जाता है। गुणकक। , प्रतिष्ठित पदार्थ के आधार पर एक पदार्थ के इलेक्ट्रोकेमिकल समकक्ष कहा जाता है।

इलेक्ट्रोलाइट की चालकता

तरल इलेक्ट्रोलाइट्स की चालकता इस तथ्य से समझाई जाती है कि भंग होने पर
पानी में, तटस्थ नमक अणु, एसिड और आधार गिरते हैं
नकारात्मक और सकारात्मक आयन। बिजली के क्षेत्र में, आयन आते हैं
आंदोलन और एक विद्युत प्रवाह बनाएँ।

इलेक्ट्रोलाइट का कुल राज्य

न केवल तरल, बल्कि ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स भी हैं। ठोस उदाहरण
इलेक्ट्रोलाइट ग्लास की सेवा कर सकते हैं। ग्लास में सकारात्मक और नकारात्मक आयन होते हैं। ठोस स्थिति में, कांच एक विद्युत प्रवाह नहीं करता है, क्योंकि आयन एक ठोस शरीर में नहीं जा सकते हैं।
जब ग्लास गरम किया जाता है, आयन विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत स्थानांतरित करने में सक्षम होते हैं, और कांच कंडक्टर बन जाता है।

इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग

इलेक्ट्रोलिसिस घटना का उपयोग कई लोगों के लिए अभ्यास में किया जाता है
लवण समाधान से धातुओं। के खिलाफ सुरक्षा के लिए इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग करना
ऑक्सीकरण या सजावट के लिए अलग लेपित है
क्रोम जैसे धातुओं की पतली परतों के साथ मशीनों के सामान और मशीनें,
निकल, चांदी, सोना।