Глава VI. Электрический ток в различных средах.

1 .Работа выхода электронов из металла. Эмиссионные явления и их применения. Фотоэлектронные умножители.

1. В поверхн. слое Ме должно быть задержив. эл. поле, препятствующее выходу е из Ме. Работа, которую нужно затратить для удаления е из Ме назыв. работой выхода. У поверхн. Ме сущ. е-ная атмос. и образуется двойной эл. слой, образованный е-ной. атмос. и полож. слоем ионов решётки кристалла. Др. словами в поверхн. слое Ме сущ. эл. поле и поверхн. разность потенц. φ: А=еφ. Если сообщить е в Ме энергию, необходимую для преодоления работы выхода , то часть е может покинуть Ме, в результате чего наблюдается явление испускания е, или электронная эмиссия. В зависимости от способа сообщ. е энергии различают термоэл., фотоэл., вторичную эл., и автоэл. эмиссию. Простейшая двухэлектродная лампо - вакуумный диод. Если поддерживать t накалённого катода постоянной и снять зависимость анодного тока I_a от анодного напряж. U_a – вольт-амперную характеристику, то она не является линейной, т.е. не ввполн. закон Ома I=kU^3/2

k- коэф., завис. от формы и размеров электродов. При увеличении напряж. ток возрастает до некот. макс. знач. I_нас. Плотность тока нас. характ. эмиссионную способность материала катода (формула Ричардсона-Дешмана) j_нас=CT²e^-A/kT. Явление вторичной эл. эмиссии используется в фотоэл. умножителях, применяемых для усиления слабых эл. токов. Представляет собой вакуумную трубку с фотокатодом К и анодом А, между котор. между котор. распол. несколько электродов- эмиттеров. е, вырванные с фотокатода под действием света, попадают на эмиттер Э1, пройдя ускор. разность потенц. между К и Э1. Из Э1 выбивается δ е. Усиленный таким образом электр. поток направл. на Э2, и процесс умнож. повтор. на всех послед. эмиттерах. Если ФЭУ содержит n эмиттеров, то на А, называемом коллектором, получается усиленный в δⁿ раз фотоэлектронный ток.

2.Ионизация газа . Несамостоятельный газовый разряд.

2. Газ становится проводником эл., когда некоторая часть его молекул ионизуется, т.е. произойдёт расщепление нейтр. атомов и молекул на ионы и своб. е. Для этого газ надо подвергнуть действию ионизатора. В ионизованном газе имеются полож. и отриц. ионы и своб. е. Прохождение эл. тока через газы назыв. газовым разрядом. Для того чтобы выбить из молекулы (атома) один е, необходимо затратить опред. энергию, назыв. энергией ионизации. Одновременно с процессом ионизации газа всегда идёт и обратный процесс – процесс рекомбинации: полож. и отриц. ионы, полож. ионы и е, встречаясь, присоед. друг к другу и образуют нейтр. атомы и молекулы. Разряды, существ. только под действием внешних ионизаторов, назыв. несамостоятельными.

3.Самостоятельный газовый разряд. Основные процессы, приводящие к появлению носителей тока при самостоятельном разряде.

4.Типы самостоятельных разрядов в газе.

3. Разряд в газе, сохраняющийся после прекращения действия внешнего ионизатора, назыв. самостоятельным. е сталкиваясь с нейтральнымимолекулами газа, ионизирует их, в результате чего образуются вторичные е и полож. ионы и т.д. – ударная ионизация, однако она не достаточна для поддержания разряда при удалении внешнего ионизатора. Чтобы в газе возникали новые е надо чтобы ускор. полем полож. ионы, ударяясь о катод, выбивали из него е; полож. ионы, сталкиваясь с молекулами газа, переводили их в возбуждённое состояние, переход таких молекул в норм сост. сопровождается испуск. фотона; фотон, поглощённый нейтр. молекулой, ионизирует её; выбивание е из катода под действием фотона. Когда возникают кроме е ловин ещё и ионные, сила тока растёт практически без увеличения напряж. В результ. число ионов и е в объёме ловинообразно возрастает и разряд становится самостоятельным. Напряжение, при котором возникает самост. разряд, назыв. напряжением пробоя.

Тлеющий разряд возникает при низких давлениях. Если к электродам, впаянным в стеклянную трубку длиной 30-50 см, приложить постоянное напряж. в несколько сотен вольт, постепенно откачивая из трубки воздух, то при давлении 5-6 кПа возникает разряд светящегося извилистого шнура красноватого цвета, идущего от катода к аноду. При дальнейшем пониж. давления шнур утолщается, и при давлении 13 Па разряд имеет вид: 1-первое катодное свечение; 2-катодное тёмное пространство; 3- тлеющее свечение; 4- фарадеево тёмное пространство; 5- положительный столб. Искровой разряд возникает при больших напряжённостях эл. поля в газе, находящегося под давлением порядка атмосф. Искра имеет вид ярко светящегося тонкого канала, сложным образом изогнутого и разветвлённого. Дуговой разряд. Если после зажигания искрового разряда от мощного источника постепенно уменьшать расстояние между электродами, то разряд становится непрерывным – возникает дуговой разряд. При этом сила тока резко возрастает, достигая сотен ампер, а напряж. на разрядном промежутке падает до нескольких десятков ампер. Дуговой разряд можно получить от источника низкого напряжения, минуя стадию искры. Для этого электроды сближают до соприкоснавения, они сильно раскаляются эл. токами, потом их разводят и получают электрическую дугу. Коронный разряд – высоковольтный эл. разряд при высоком давлении в резконеоднородном поле вблизи электродов с большой кривизной поверхности. Когда напряжённость поля вблизи острия достигает опред. значения, то вокруг него возникает свечение, имеющее вид короны.