9.Поверхностный потенциальный барьер для электронов в металле (Работа выхода)
x0 – межатомное расстояние.
В
модели:
1. Внутри двойного электрического слоя существует однородное электрическое поле Ɛ (от 0 до x0) и действует постоянная сила Fсл=Ɛe.
2. За слоем действует сила электрического изображения Fi:
Считаем, что на границе слоя в точке х0 сила изображения Fi без скачка (см. рисунок) переходит в силу двойного электрического слоя:
Рассчитаем работу выхода Ea
– работу, совершаемая электроном
при удалении его с поверхности металла
в бесконечность. Ea
– это работа, совершаемая против
1) силы двойного слоя
и 2) силы электрического изображения
:
Итак, мы получили, что работа выхода равна
Из этой формулы следует, что чем меньше межатомное расстояние, тем больше работа выхода.
Точка А – точка возникновения тлеющего разряда.
При небольших токах не вся площадь
катода покрыта свечением, а только часть
ее S принимает участие в
разряде. Эта площадь пропорциональна
току I. При этом
плотность тока i=const,
а катодное падение напряжения
не
зависит от тока I:
=const(I).
Действительно: Согласно закону Ома
.
При увеличении напряжения источника
питания V ток I
(=iS) – увеличивается
в S раз, а сопротивление
(=ρl/S)
– приблизительно во столько же раз (в
S раз) уменьшается, так
что напряжение
остается практически неизменным.
Когда вся площадь катода будет рабочей, тогда увеличение тока приводит к увеличению – происходит переход в режим аномального катодного падения –область III.
Замечание: В тлеющем разряде катод испускает электроны вследствие бомбардировки ионами – γ-процесса. Поэтому величина катодного падения зависит от работы выхода.
Дуговой разряд
При
значительном увеличении разрядного
тока аномальный (!) тлеющий разряд
переходит в дуговую форму. Существенными
(отличительными от тлеющего) признаками
дугового разряда являются следующие
признаки:
1. Значительно меньшая величина катодного падения напряжения .
2. Большие (!) значения разрядных токов I.
3. Разряды могут существовать как при низких (как у тлеющих разрядов), так и при высоких давлениях.
4. Если у тлеющего разряда на катоде происходят γ-процессы, то у дуги – это термоэлектронная и автоэлектронная эмиссии.
Коронный разряд
Если хотя бы один из электродов имеет: 1) небольшой радиус кривизны (большая кривизна) (острие) и 2) давление достаточно высокое (атмосферное или несколько ниже), то при повышении напряжения несамостоятельный разряд переходит в коронный самостоятельный разряд. Возникновение коронного разряда можно заметить по свечению у острия электрода с большой кривизной. В области свечения происходит интенсивная ионизация и возбуждение молекул газа. Эта часть разряда называется коронирующим слоем, а электрод, к которому он примыкает – коронирующим электродом. Между коронирующим слоем и некоронирующим электродом лежит внешняя область короны. В разряде на постоянном токе может коронировать как положительный (положительная корона), так и отрицательный (отрицательная корона) электроды.
В случае отрицательной короны явления на коронирующем электроде – катоде сходны с явлениями на катоде тлеющего разряда: во внешней области отрицательной короны нет электронных лавин (они находятся в коронирующем слое); здесь течет ток, состоящий из электронов и отрицательных ионов, и находится область отрицательного объемного заряда, которая ограничивает ток в цепи разряда.