За всеки заряд в електрическо поле има сила, която може да премести този заряд. Определете работата A по преместване на точков положителен заряд q от точка O до точка n, извършена от силите на електричното поле на отрицателен заряд Q. Според закона на Кулон силата, която премества заряда, е променлива и равна на

Където r е променливото разстояние между зарядите.

. Този израз може да се получи по следния начин:

Стойността е потенциалната енергия W p на заряда в дадена точка на електрическото поле:

Знакът (-) показва, че когато зарядът се премества от поле, неговата потенциална енергия намалява, превръщайки се в работата на движението.

Стойността, равна на потенциалната енергия на единичен положителен заряд (q = +1), се нарича потенциал на електрическото поле.

Тогава . За q = +1.

По този начин потенциалната разлика на две точки от полето е равна на работата на силите на полето при преместването на единица положителен заряд от една точка в друга.

Потенциалът на точка на електрическо поле е равен на работата по преместване на единичен положителен заряд от дадена точка до безкрайност: . Мерна единица - волт \u003d J / C.

Работата по преместване на заряд в електрическо поле не зависи от формата на пътя, а зависи само от потенциалната разлика между началната и крайната точка на пътя.

Повърхност във всички точки, на която потенциалът е еднакъв, се нарича еквипотенциална.

Напрегнатостта на полето е неговата мощностна характеристика, а потенциалът е неговата енергийна характеристика.

Връзката между напрегнатостта на полето и неговия потенциал се изразява с формулата

,

знакът (-) се дължи на факта, че напрегнатостта на полето е насочена в посока на намаляване на потенциала и в посока на увеличаване на потенциала.

5. Използване на електрическите полета в медицината.

франклинизация,или "електростатичен душ", е терапевтичен метод, при който тялото на пациента или части от него се излагат на постоянно електрическо поле с високо напрежение.

Постоянното електрическо поле по време на процедурата на общо излагане може да достигне 50 kV, с локално излагане 15 - 20 kV.

Механизъм на терапевтично действие.Процедурата на франклинизация се извършва по такъв начин, че главата на пациента или друга част от тялото става, така да се каже, една от кондензаторните плочи, докато втората е електрод, окачен над главата или инсталиран над мястото на удара при разстояние 6-10 см. Под въздействието на високо напрежение под върховете на иглите, фиксирани върху електрода, възниква йонизация на въздуха с образуването на въздушни йони, озон и азотни оксиди.

Вдишването на озон и въздушни йони предизвиква реакция във васкулатурата. След краткотраен вазоспазъм капилярите се разширяват не само в повърхностните тъкани, но и в дълбоките. В резултат на това се подобряват метаболитните и трофичните процеси, а при наличие на увреждане на тъканите се стимулират процесите на регенерация и възстановяване на функциите.

В резултат на подобряване на кръвообращението, нормализиране на метаболитните процеси и работата на нервите се наблюдава намаляване на главоболието, високо кръвно налягане, повишен съдов тонус и забавяне на пулса.

Употребата на франклинизация е показана при функционални нарушения на нервната система

Примери за решаване на проблеми

1. По време на работата на франклинизационния апарат всяка секунда в 1 cm3 въздух се образуват 500 000 леки въздушни йони. Определете йонизационната работа, необходима за създаване на същото количество въздушни йони в 225 cm3 въздух по време на сесията на лечение (15 минути). Йонизационният потенциал на молекулите на въздуха се счита за равен на 13,54 V; конвенционално въздухът се счита за хомогенен газ.

е йонизационният потенциал, A е йонизационната работа, N е броят на електроните.

2. По време на обработка с електростатичен душ към електродите на електрическата машина се прилага потенциална разлика от 100 kV. Определете какъв заряд преминава между електродите по време на една процедура на лечение, ако е известно, че силите на електрическото поле извършват работата от 1800J.

Оттук

Електрически дипол в медицината

Според теорията на Айнтховен, лежаща в основата на електрокардиографията, сърцето е електрически дипол, разположен в центъра на равностранен триъгълник (триъгълник на Айнтховен), чиито върхове могат условно да се разглеждат като

разположени в дясната ръка, лявата ръка и левия крак.

По време на сърдечния цикъл както позицията на дипола в пространството, така и диполният момент се променят. Измерването на потенциалната разлика между върховете на триъгълника на Айнтховен ви позволява да определите връзката между проекциите на диполния момент на сърцето върху страните на триъгълника, както следва:

Познавайки напреженията U AB , U BC , U AC , може да се определи как е ориентиран диполът спрямо страните на триъгълника.

В електрокардиографията потенциалната разлика между две точки на тялото (в този случай между върховете на триъгълника на Айнтховен) се нарича отвеждане.

Извиква се регистрация на потенциална разлика в изводите в зависимост от времето електрокардиограма.

Географското място на точките на края на вектора на диполния момент по време на сърдечния цикъл се нарича векторна кардиограма.

Лекция №4

контактни явления

1. Контактна потенциална разлика. Законите на Волта.

2. Термоелектричество.

3. Термодвойка, нейното приложение в медицината.

4. Потенциал за почивка. Потенциал за действие и неговото разпространение.

1. Контактна потенциална разлика. Законите на Волта.

При близък контакт на разнородни метали между тях възниква потенциална разлика, зависеща само от техния химичен състав и температура (първият закон на Волта). Тази потенциална разлика се нарича контакт.

За да напусне метала и да отиде в околната среда, електронът трябва да извърши работа срещу силите на привличане към метала. Тази работа се нарича работна работа на електрона от метала.

Нека свържем два различни метала 1 и 2, имащи работна работа съответно A 1 и A 2 и A 1< A 2 . Очевидно, что свободный электрон, попавший в процессе теплового движения на поверхность раздела металлов, будет втянут во второй металл, так как со стороны этого металла на электрон действует большая сила притяжения (A 2 >A1). Следователно, чрез контакта на металите, свободните електрони се „изпомпват“ от първия метал към втория, в резултат на което първият метал се зарежда положително, вторият - отрицателно. Получената потенциална разлика създава електрическо поле със сила E, което затруднява по-нататъшното "изпомпване" на електроните и ще го спре напълно, когато работата по преместване на електрона поради контактната потенциална разлика стане равна на разликата в работната функция:

(1)

Нека сега поставим в контакт два метала с A 1 = A 2 с различни концентрации на свободни електрони n 01 > n 02 . Тогава ще започне преобладаващият пренос на свободни електрони от първия метал към втория. В резултат на това първият метал ще бъде положително зареден, вторият - отрицателно. Между металите ще има потенциална разлика, която ще спре по-нататъшния пренос на електрони. Получената потенциална разлика се определя от израза:

, (2)

където k е константата на Болцман.

В общия случай на контакт на метали, които се различават както по работата на изхода, така и по концентрацията на свободни електрони, к.р.п. от (1) и (2) ще бъде равно на:

(3)

Лесно е да се покаже, че сумата от контактните потенциални разлики на последователно свързани проводници е равна на контактната потенциална разлика, създадена от крайните проводници и не зависи от междинните проводници:

Тази позиция се нарича втори закон на Волта.

Ако сега директно свържем крайните проводници, тогава потенциалната разлика, съществуваща между тях, се компенсира от еднаква потенциална разлика, възникваща в контакт 1 и 4. Следователно K.R.P. не създава ток в затворена верига от метални проводници с еднаква температура.

2. Термоелектричествое зависимостта на контактната потенциална разлика от температурата.

Нека направим затворена верига от два различни метални проводника 1 и 2.

Температурите на контактите a и b ще се поддържат от различни T a > T b . Тогава, съгласно формула (3), f.r.p. повече при горещо съединение, отколкото при студено съединение: . В резултат на това между връзките a и b възниква потенциална разлика, наречена термоелектродвижеща сила, и в затворена верига ще тече ток I. Използвайки формула (3), получаваме

Където за всяка двойка метали.

1. Термодвойка, нейното използване в медицината.

Нарича се затворена верига от проводници, която създава ток поради разликата в температурата на контактите между проводниците термодвойка.

От формула (4) следва, че термоелектродвижещата сила на термодвойка е пропорционална на температурната разлика на връзките (контактите).

Формула (4) е валидна и за температури по скалата на Целзий:

Термодвойка може да измерва само температурни разлики. Обикновено едно кръстовище се поддържа при 0°C. Нарича се студен възел. Другото кръстовище се нарича горещо или измервателно съединение.

Термодвойката има значителни предимства пред живачните термометри: тя е чувствителна, безинерционна, позволява измерване на температурата на малки обекти и позволява дистанционни измервания.

Измерване на профила на температурното поле на човешкото тяло.

Смята се, че температурата на човешкото тяло е постоянна, но това постоянство е относително, тъй като температурата не е еднаква в различните части на тялото и варира в зависимост от функционалното състояние на тялото.

Кожната температура има своя собствена добре дефинирана топография. Най-ниската температура (23-30º) е в дисталните крайници, върха на носа и ушните миди. Най-високата температура е в подмишницата, в перинеума, шията, устните, бузите. В останалите райони температурата е 31 – 33,5 ºС.

При здрав човек разпределението на температурата е симетрично спрямо средната линия на тялото. Нарушаването на тази симетрия служи като основен критерий за диагностициране на заболявания чрез конструиране на профил на температурно поле с помощта на контактни устройства: термодвойка и съпротивителен термометър.

4. Потенциал за почивка. Потенциал за действие и неговото разпространение.

Повърхностната мембрана на клетката не е еднакво пропусклива за различните йони. В допълнение, концентрацията на всякакви специфични йони е различна от различните страни на мембраната, най-благоприятният състав на йони се поддържа вътре в клетката. Тези фактори водят до появата в нормално функционираща клетка на потенциална разлика между цитоплазмата и околната среда (потенциал на покой)

При възбуждане потенциалната разлика между клетката и околната среда се променя, възниква потенциал на действие, който се разпространява в нервните влакна.

Механизмът на разпространение на потенциала на действие по нервно влакно се разглежда по аналогия с разпространението на електромагнитна вълна по двупроводна линия. Въпреки това, наред с тази аналогия, има фундаментални различия.

Електромагнитната вълна, разпространяваща се в среда, отслабва, тъй като нейната енергия се разсейва, превръщайки се в енергията на молекулярното топлинно движение. Източникът на енергия на електромагнитната вълна е нейният източник: генератор, искра и др.

Възбуждащата вълна не изчезва, тъй като получава енергия от самата среда, в която се разпространява (енергията на заредена мембрана).

По този начин разпространението на потенциала на действие по нервното влакно се извършва под формата на автовълна. Активната среда са възбудимите клетки.

Примери за решаване на проблеми

1. При конструиране на профил на температурното поле на повърхността на човешкото тяло се използва термодвойка със съпротивление r 1 = 4 Ohm и галванометър със съпротивление r 2 = 80 Ohm; I=26 µA при температурна разлика на прехода ºС. Каква е константата на термодвойката?

Термоелектрическата мощност, която възниква в термодвойка, е , където термодвойки е температурната разлика между преходите.

Съгласно закона на Ом за участък от веригата, където U се приема като . Тогава

Лекция №5

Електромагнетизъм

1. Природата на магнетизма.

2. Магнитно взаимодействие на токове във вакуум. Закон на Ампер.

4. Диа-, пара- и феромагнитни вещества. Магнитна проницаемост и магнитна индукция.

5. Магнитни свойства на телесните тъкани.

1. Природата на магнетизма.

Около движещи се електрически заряди (токове) възниква магнитно поле, чрез което тези заряди взаимодействат с магнитни или други движещи се електрически заряди.

Магнитното поле е силово поле, изобразява се чрез магнитни силови линии. За разлика от силовите линии на електрическото поле, магнитните силови линии са винаги затворени.

Магнитните свойства на веществото се дължат на елементарни кръгови токове в атомите и молекулите на това вещество.

2 . Магнитно взаимодействие на токове във вакуум. Закон на Ампер.

Магнитното взаимодействие на токовете е изследвано с помощта на подвижни жични вериги. Ампер установи, че големината на силата на взаимодействие на две малки секции от проводници 1 и 2 с токове е пропорционална на дължините на тези секции, токовете I 1 и I 2 в тях и е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието r между секциите:

Оказа се, че силата на удара на първия участък върху втория зависи от взаимното им разположение и е пропорционална на синусите на ъглите и .

където е ъгълът между и радиус вектора r 12, свързващ се с , и е ъгълът между и нормалата n към равнината Q, съдържаща сечението и радиус вектора r 12.

Комбинирайки (1) и (2) и въвеждайки коефициента на пропорционалност k, получаваме математическия израз на закона на Ампер:

(3)

Посоката на силата също се определя от правилото на гимлета: тя съвпада с посоката на транслационното движение на гимлета, чиято дръжка се върти от нормалното n 1.

Токов елемент е вектор, равен по големина на произведението Idl на безкрайно малък участък от дължината dl на проводника и силата на тока I в него и насочен по този ток. Тогава, преминавайки в (3) от малък към безкрайно малък dl, можем да напишем закона на Ампер в диференциална форма:

. (4)

Коефициентът k може да бъде представен като

където е магнитната константа (или магнитната проницаемост на вакуума).

Стойността за рационализация, като се вземат предвид (5) и (4), ще бъде записана като

. (6)

3 . Сила на магнитното поле. Формула на Ампер. Закон на Био-Савар-Лаплас.

Тъй като електрическите токове взаимодействат помежду си чрез своите магнитни полета, количествената характеристика на магнитното поле може да се установи въз основа на това взаимодействие - закон на Ампер. За да направите това, разделяме проводника l с ток I на набор от елементарни секции dl. Създава поле в пространството.

В точката O на това поле, разположена на разстояние r от dl, поставяме I 0 dl 0. Тогава, съгласно закона на Ампер (6), този елемент ще бъде засегнат от силата

(7)

където е ъгълът между посоката на тока I в участъка dl (създаване на поле) и посоката на радиус вектора r и е ъгълът между посоката на тока I 0 dl 0 и нормалата n към равнината Q, съдържащ dl и r.

Във формула (7) избираме частта, която не зависи от текущия елемент I 0 dl 0, обозначавайки го като dH:

Закон на Био-Савар-Лаплас (8)

Стойността на dH зависи само от текущия елемент Idl, който създава магнитно поле, и от позицията на точката O.

Стойността на dH е количествена характеристика на магнитното поле и се нарича напрегнатост на магнитното поле. Замествайки (8) в (7), получаваме

където е ъгълът между посоката на тока I 0 и магнитното поле dH. Формула (9) се нарича формула на Ампер, изразява зависимостта на силата, с която магнитното поле действа върху текущия елемент I 0 dl 0, разположен в него, от силата на това поле. Тази сила е разположена в равнината Q, перпендикулярна на dl 0 . Посоката му се определя от „правилото на лявата ръка“.

Приемайки в (9) =90º, получаваме:

Тези. силата на магнитното поле е насочена тангенциално към силовата линия на полето и по големина е равна на съотношението на силата, с която полето действа върху единичен токов елемент, към магнитната константа.

4 . Диамагнитни, парамагнитни и феромагнитни вещества. Магнитна проницаемост и магнитна индукция.

Всички вещества, поставени в магнитно поле, придобиват магнитни свойства, т.е. са намагнетизирани и следователно променят външното поле. В този случай някои вещества отслабват външното поле, докато други го засилват. Първите се наричат диамагнитни, секундата - парамагнитнивещества. Сред парамагнетиците рязко се откроява група вещества, причинявайки много голямо увеличение на външното поле. Това феромагнетици.

Диамагнети- фосфор, сяра, злато, сребро, мед, вода, органични съединения.

Парамагнетици- кислород, азот, алуминий, волфрам, платина, алкални и алкалоземни метали.

феромагнетици– желязо, никел, кобалт, техните сплави.

Геометричната сума от орбиталните и спиновите магнитни моменти на електроните и вътрешния магнитен момент на ядрото образува магнитния момент на атом (молекула) на вещество.

При диамагнетиците общият магнитен момент на атома (молекулата) е нула, т.к. магнитните моменти взаимно се компенсират. Но под въздействието на външно магнитно поле в тези атоми се индуцира магнитен момент, който е насочен противоположно на външното поле. В резултат диамагнитната среда се намагнетизира и създава собствено магнитно поле, насочено обратно на външното и отслабващо го.

Индуцираните магнитни моменти на диамагнитните атоми се запазват, докато има външно магнитно поле. Когато външното поле се елиминира, индуцираните магнитни моменти на атомите изчезват и диамагнетът се демагнетизира.

В парамагнитните атоми орбиталните, спиновите, ядрените моменти не се компенсират взаимно. Атомните магнитни моменти обаче са подредени произволно, така че парамагнитната среда не проявява магнитни свойства. Външното поле върти атомите на парамагнетика, така че техните магнитни моменти са зададени предимно в посоката на полето. В резултат на това парамагнетът се магнетизира и създава собствено магнитно поле, съвпадащо с външното и усилващо го.

(4), където е абсолютната магнитна проницаемост на средата. Във вакуум =1, и

Във феромагнетиците има области (~10 -2 cm) с еднакво ориентирани магнитни моменти на техните атоми. Въпреки това, ориентацията на самите домейни е различна. Следователно, при липса на външно магнитно поле, феромагнетикът не е магнетизиран.

С появата на външно поле, домейни, ориентирани в посоката на това поле, започват да се увеличават по обем поради съседни домейни, които имат различна ориентация на магнитния момент; феромагнетикът е магнетизиран. При достатъчно силно поле всички домени се преориентират по протежение на полето и феромагнетикът бързо се магнетизира до насищане.

Когато външното поле се елиминира, феромагнетикът не се демагнетизира напълно, но запазва остатъчната магнитна индукция, тъй като термичното движение не може да погрешно ориентира домейните. Размагнитването може да се постигне чрез нагряване, разклащане или прилагане на обратно поле.

При температура, равна на точката на Кюри, топлинното движение е в състояние да дезориентира атомите в домените, в резултат на което феромагнетикът се превръща в парамагнетик.

Потокът на магнитна индукция през определена повърхност S е равен на броя на индукционните линии, проникващи през тази повърхност:

(5)

Мерната единица B е тесла, F-Weber.

Проводимите електрони не напускат спонтанно метала в забележимо количество. Това се обяснява с факта, че металът представлява потенциален кладенец за тях. Възможно е да оставите метала само за тези електрони, чиято енергия е достатъчна, за да преодолее потенциалната бариера, съществуваща на повърхността. Силите, които причиняват тази бариера, имат следния произход. Случайното отстраняване на електрон от външния слой от положителни йони на решетката води до появата на излишен положителен заряд на мястото, което е напуснал електронът.

Кулоновото взаимодействие с този заряд кара електрона, чиято скорост не е много висока, да се върне обратно. По този начин отделните електрони напускат металната повърхност през цялото време, отдалечават се от нея на няколко междуатомни разстояния и след това се връщат обратно. В резултат на това металът е заобиколен от тънък облак от електрони. Този облак, заедно с външния слой от йони, образува двоен електрически слой (фиг. 60.1; кръгове - йони, черни точки - електрони). Силите, действащи върху електрона в такъв слой, са насочени вътре в метала.

Работата, извършена срещу тези сили при прехвърляне на електрон от метала навън, не увеличава потенциалната енергия на електрона

По този начин потенциалната енергия на валентните електрони вътре в метала е по-малка от тази извън метала с количество, равно на дълбочината на потенциалната яма (фиг. 60.2). Промяната в енергията се извършва на дължина от порядъка на няколко междуатомни разстояния; следователно стените на кладенеца могат да се считат за вертикални.

Потенциалната енергия на електрона и потенциалът на точката, в която се намира електронът, имат противоположни знаци. От това следва, че потенциалът вътре в метала е по-голям от потенциала в непосредствена близост до неговата повърхност (ще кажем просто „на повърхността“ за краткост) със стойността

Придаването на излишен положителен заряд на метала увеличава потенциала както на повърхността, така и вътре в метала. Потенциалната енергия на електрона съответно намалява (фиг. 60.3, а).

Спомнете си, че стойностите на потенциала и потенциалната енергия в безкрайност се приемат като начало. Въвеждането на отрицателен заряд намалява потенциала вътре и извън метала. Съответно потенциалната енергия на електрона се увеличава (фиг. 60.3, b).

Общата енергия на електрон в метал е сумата от потенциалната и кинетичната енергия. В § 51 беше изяснено, че при абсолютна нула стойностите на кинетичната енергия на електроните на проводимостта варират от нула до енергията Emax, съвпадаща с нивото на Ферми. На фиг. 60.4 енергийните нива на проводимата зона са вписани в потенциалната яма (пунктираните линии показват незаети нива). За да излязат от метала, на различните електрони трябва да се придаде различна енергия.

По този начин на електрон, разположен на най-ниското ниво на проводящата лента, трябва да се даде енергия за електрон, разположен на нивото на Ферми, енергията е достатъчна

Най-малката енергия, която трябва да се предаде на електрон, за да бъде отстранен от твърдо или течно тяло във вакуум, се нарича работна работа. Работната функция обикновено се означава с където Ф е стойност, наречена изходен потенциал.

В съответствие с горното работата на електрон от метал се определя от израза

Получихме този израз при допускането, че температурата на метала е 0 K. При други температури работната функция също се определя като разликата между дълбочината на потенциалната яма и нивото на Ферми, т.е. дефиницията (60.1) се разширява на всякаква температура. Същото определение важи и за полупроводниците.

Нивото на Ферми зависи от температурата (виж формула (52.10)). В допълнение, поради промяната в средните разстояния между атомите поради термично разширение, дълбочината на потенциалната яма се променя леко.Това води до факта, че работната функция слабо зависи от температурата.

Работната функция е много чувствителна към състоянието на металната повърхност, по-специално към нейната чистота. Чрез избора на правилното повърхностно покритие, работната функция може да бъде значително намалена. Така, например, нанасянето на слой от оксид на алкалоземен метал (Ca, Sr, Ba) върху повърхността на волфрам намалява работната функция от 4,5 eV (за чист W) до 1,5-2.

Металите съдържат електрони на проводимост, които образуват електронен газ и участват в топлинно движение. Тъй като електроните на проводимостта се държат вътре в метала, тогава, следователно, близо до повърхността има сили, действащи върху електроните и насочени вътре в метала. За да може един електрон да напусне метала извън неговите граници, трябва да се извърши определена работа А срещу тези сили, която се нарича работна работа на електрона, напускащ метала. Тази работа, разбира се, е различна за различните метали.

Потенциалната енергия на електрона в метал е постоянна и равна на:

Wp = -eφ, където j е потенциалът на електрическото поле вътре в метала.

21. Контактна потенциална разлика - това е потенциалната разлика между проводниците, която възниква, когато два различни проводника с еднаква температура влязат в контакт.

Когато два проводника с различни работни функции влязат в контакт, върху проводниците се появяват електрически заряди. А между свободните им краища има потенциална разлика. Потенциалната разлика между точките, разположени извън проводниците, близо до тяхната повърхност, се нарича контактна потенциална разлика. Тъй като проводниците са при една и съща температура, при липса на приложено напрежение, полето може да съществува само в граничните слоеве (правило на Волта). Разграничете вътрешна потенциална разлика (когато металите влязат в контакт) и външна (в пролуката). Стойността на външната контактна потенциална разлика е равна на разликата в работата на един електронен заряд. Ако проводниците са свързани в пръстен, тогава ЕМП в пръстена ще бъде 0. За различни двойки метали стойността на контактната потенциална разлика варира от десети от волта до няколко волта.

Работата на термоелектрическия генератор се основава на използването на термоелектричния ефект, чиято същност се състои в това, че когато съединението (възелът) на два различни метала се нагрява между техните свободни краища, които имат по-ниска температура, потенциалът възниква разлика, или т.нар термоелектродвижеща сила (термо-ЕМП). Ако такъв термоелемент (термодвойка) е свързан към външно съпротивление, тогава през веригата ще тече електрически ток (фиг. 1). Така при термоелектрическите явления има директно преобразуване на топлинната енергия в електрическа.

Стойността на термоелектродвижещата сила се определя приблизително по формулата E \u003d a (T1 - T2)

22. Магнитно поле - силово поле, действащо върху движещи се електрически заряди и върху тела с магнитен момент, независимо от състоянието на тяхното движение; магнитна съставка на електромагнитното поле

движещ се заряд р, създава около себе си магнитно поле, чиято индукция

където е скоростта на електрона, е разстоянието от електрона до дадена точка на полето, μ е относителната магнитна проницаемост на средата, μ 0 = 4π 10 -7 H/mе магнитната константа.

Магнитна индукция- векторна величина, която е силова характеристика на магнитното поле (действието му върху заредени частици) в дадена точка на пространството. Определя силата, с която магнитното поле действа върху заряд, движещ се със скорост.

По-конкретно, такъв вектор ли е, че силата на Лоренц, действаща от страната на магнитното поле върху заряд, движещ се със скорост, е равна на

23. Според закона на Био-Савар-Лаплас контурен елемент длпрез които протича ток аз, създава около себе си магнитно поле, чиято индукция в даден момент К

къде е разстоянието от точката Ккъм текущия елемент дл, α е ъгълът между радиус вектора и текущия елемент дл.

Посоката на вектора може да се намери от Правилото на Максуел(Gimlet): ако завиете гимлет с дясна резба по посока на тока в проводниковия елемент, тогава посоката на движение на дръжката на gimlet ще покаже посоката на вектора на магнитната индукция.

Прилагайки закона на Biot-Savart-Laplace към контури от различни типове, получаваме:

в центъра на кръгла линия с радиус Рс текуща мощност азмагнитна индукция

магнитна индукция по оста на кръговия ток Където ае разстоянието от точката, която търсите бкъм равнината на кръговия ток,

полето, създадено от безкрайно дълъг проводник с ток на разстояние rот диригент

полето, създадено от проводник с крайна дължина, на разстояние rот проводника (фиг. 15)

поле вътре в тороид или безкрайно дълъг соленоид н- броя на завъртанията на единица дължина на соленоида (тороида)

Векторът на магнитната индукция е свързан със силата на магнитното поле чрез връзката

Обемна енергийна плътностмагнитно поле:

25 .На заредена частица, движеща се в магнитно поле с индукция бсъс скорост υ , от страната на магнитното поле действа сила, наречена Сила на Лоренц

и модулът на тази сила е равен на .

Посоката на силата на Лоренц може да се определи от правило на лявата ръка: ако поставите лявата си ръка така, че перпендикулярът на компонента на скоростта на индукционния вектор да влезе в дланта, а четирите пръста са разположени в посока на скоростта на положителния заряд (или срещу посоката на скоростта на отрицателния заряд) ), тогава свитият палец ще покаже посоката на силата на Лоренц

26 .Принципът на действие на цикличните ускорители на заредени частици.

Независимостта на периода на въртене T на заредена частица в магнитно поле е използвана от американския учен Лорънс в идеята за циклотрон - ускорител на заредени частици.

Циклотронсе състои от две кухи D 1 и D 2 - кухи метални полуцилиндъра, поставени във висок вакуум. Създава се ускоряващо електрическо поле в пролуката между лентите. Заредена частица, влизаща в тази празнина, увеличава скоростта си и лети в пространството на полуцилиндър (dee). Деите са поставени в постоянно магнитно поле и траекторията на частицата вътре в дието ще бъде извита в кръг. Когато частицата навлезе за втори път в междината между деите, полярността на електрическото поле се променя и то отново става ускоряващо. Увеличаването на скоростта е придружено от увеличаване на радиуса на траекторията. На практика, променливо поле се прилага към деите с честота ν= 1/T=(B/2π)(q/m) . Скоростта на частицата се увеличава всеки път в пролуката между пръстите под действието на електрическо поле.

27.Мощност на усилвателя е силата, действаща върху проводник, по който тече ток азразположени в магнитно поле

Δ л- дължината на проводника и посоката съвпада с посоката на тока в проводника.

Ампер захранващ модул: .

Два успоредни безкрайно дълги прави проводника с токове аз 1И аз 2взаимодействат един с друг със сила

Където л- дължината на секцията на проводника, r- разстояние между проводниците.

28. Взаимодействие на паралелни токове - закон на Ампер

Сега можете лесно да получите формула за изчисляване на силата на взаимодействие на два паралелни тока.

И така, по два дълги прави успоредни проводника (фиг. 440), разположени на разстояние R един от друг (което е много, 15 пъти по-малко от дължината на проводниците), текат постоянни токове I 1, I 2.

В съответствие с теорията на полето взаимодействието на проводниците се обяснява по следния начин: електрическият ток в първия проводник създава магнитно поле, което взаимодейства с електрическия ток във втория проводник. За да се обясни появата на сила, действаща върху първия проводник, е необходимо да се „обърнат ролите“ на проводниците: вторият създава поле, което действа върху първия. Завъртете мислено десния винт, завъртете го с лявата си ръка (или използвайте векторния продукт) и се уверете, че при ток, протичащ в една посока, проводниците се привличат, а при ток, протичащ в противоположни посоки, проводниците се отблъскват1.

Така силата, действаща върху участък с дължина Δl на втория проводник, е силата на Ампер, тя е равна на

където B1 са индукциите на магнитното поле, създадено от първия проводник. При писане на тази формула се взема предвид, че индукционният вектор B1 е перпендикулярен на втория проводник. Индукцията на полето, създадено от постоянен ток в първия проводник, на мястото на втория, е равна на

От формули (1), (2) следва, че силата, действаща върху избрания участък на втория проводник, е равна на

29. Намотка с ток в магнитно поле.

Ако поставим не проводник, а намотка (или намотка) с ток в магнитно поле и я поставим вертикално, тогава, прилагайки правилото на лявата ръка към горната и долната страна на намотката, получаваме, че електромагнитните сили F действието върху тях ще бъде насочено в различни посоки. В резултат на действието на тези две сили се генерира електромагнитен въртящ момент M, който ще доведе до въртене на намотката, в този случай по посока на часовниковата стрелка. Този момент

където D е разстоянието между страните на бобината.

Намотката ще се върти в магнитното поле, докато заеме перпендикулярно положение на линиите на магнитното поле (фиг. 50, b). В това положение най-големият магнитен поток ще премине през намотката. Следователно намотка или намотка с ток, въведен във външно магнитно поле, винаги се стреми да заеме такава позиция, че възможно най-големият магнитен поток да преминава през намотката.

Магнитен момент, магнитен диполен момент- основното количество, което характеризира магнитните свойства на веществото (според класическата теория на електромагнитните явления източникът на магнетизъм са електрически макро- и микротокове; затворен ток се счита за елементарен източник на магнетизъм). Елементарните частици, атомните ядра, електронните обвивки на атомите и молекулите имат магнитен момент. Магнитният момент на елементарните частици (електрони, протони, неутрони и други), както показва квантовата механика, се дължи на съществуването на собствен механичен момент - спин.

30. магнитен поток - физическа величина, равна на плътността на потока на силовите линии, преминаващи през безкрайно малка площ dS. Поток F вкато интеграл от вектора на магнитната индукция INпрез крайна повърхност S Дефинирана от гледна точка на интеграл върху повърхност.

31. Работа по преместване на проводник с ток в магнитно поле

Помислете за тоководеща верига, образувана от неподвижни проводници и подвижен джъмпер с дължина l, плъзгащ се по тях (фиг. 2.17). Този контур се намира във външно равномерно магнитно поле, перпендикулярно на равнината на контура.

Токовият елемент I (подвижен проводник) с дължина l се влияе от силата на Ампер, насочена надясно:

Нека проводникът l се движи успоредно на себе си на разстояние dx. Това ще свърши работата:

dA=Fdx=IBldx=IBdS=IdФ

Работата, извършена от проводник с ток при движение, е числено равна на произведението на тока и магнитния поток, пресичан от този проводник.

Формулата остава валидна, ако проводник с произволна форма се движи под произволен ъгъл спрямо линиите на вектора на магнитната индукция.

32. Намагнитване на материята . Постоянните магнити могат да бъдат направени само от относително малко вещества, но всички вещества, поставени в магнитно поле, се намагнетизират, тоест те самите стават източници на магнитно поле. В резултат на това векторът на магнитната индукция в присъствието на материя се различава от вектора на магнитната индукция във вакуум.

Магнитният момент на атома е съставен от орбиталните и собствените моменти на електроните, влизащи в неговия състав, както и от магнитния момент на ядрото (който се дължи на магнитните моменти на елементарните частици, изграждащи ядрото – протоните и неутрони). Магнитният момент на ядрото е много по-малък от моментите на електроните; следователно, когато се разглеждат много въпроси, той може да бъде пренебрегнат и може да се приеме, че магнитният момент на атома е равен на векторната сума на магнитните моменти на електроните. Магнитният момент на една молекула също може да се счита за равен на сумата от магнитните моменти на съставните й електрони.

По този начин атомът е сложна магнитна система и магнитният момент на атома като цяло е равен на векторната сума на магнитните моменти на всички електрони

Магнетиции наричат ​​вещества, които могат да се намагнетизират във външно магнитно поле, т.е. способни да създават собствено магнитно поле. Вътрешното поле на веществата зависи от магнитните свойства на техните атоми. В този смисъл магнитите са магнитни аналози на диелектриците.

Според класическите концепции атомът се състои от електрони, движещи се по орбити около положително заредено ядро, което от своя страна се състои от протони и неутрони.

Всички вещества са магнити, т.е. Всички вещества се намагнитват във външно магнитно поле, но тяхната природа и степен на намагнитване са различни. В зависимост от това всички магнити се разделят на три вида: 1) диамагнити; 2) парамагнетици; 3) феромагнетици.

Диамагнети. - включва много метали (например мед, цинк, сребро, живак, бисмут), повечето газове, фосфор, сяра, кварц, вода, по-голямата част от органичните съединения и др.

Диамагнитите имат следните свойства:

2) собственото магнитно поле е насочено срещу външното и леко го отслабва (m<1);

3) няма остатъчен магнетизъм (присъщото магнитно поле на диамагнетика изчезва след премахване на външното поле).

Първите две свойства показват, че относителната магнитна проницаемост m на диамагнетиците е само малко по-малка от 1. Например, най-силният диамагнетик, бисмутът, има m = 0,999824.

Парамагнетици- включват алкални и алкалоземни метали, алуминий, волфрам, платина, кислород и др.

Парамагнитите имат следните свойства:

1) много слабо намагнитване във външно магнитно поле;

2) собственото магнитно поле е насочено по протежение на външното и малко го усилва (m>1);

3) без остатъчен магнетизъм.

От първите две свойства следва, че стойността на m е само малко по-голяма от 1. Например, за един от най-силните парамагнитни материали, платината, относителната магнитна проницаемост m=1,00036.

33.феромагнетици - те включват желязо, никел, кобалт, гадолиний, техните сплави и съединения, както и някои сплави и съединения на манган и хром с неферомагнитни елементи. Всички тези вещества имат феромагнитни свойства само в кристално състояние.

Феромагнитите имат следните свойства:

1) много силно намагнитване;

2) собственото магнитно поле е насочено по протежение на външното и значително го засилва (стойностите на m варират от няколкостотин до няколкостотин хиляди);

3) относителната магнитна проницаемост m зависи от големината на магнитното поле;

4) има остатъчен магнетизъм.

Домейн- макроскопична област в магнитен кристал, в която ориентацията на вектора на спонтанното хомогенно намагнитване или вектора на антиферомагнетизма (съответно при температура под точката на Кюри или Неел) по определен - строго подреден - начин се завърта или измества , тоест поляризиран, спрямо посоките на съответния вектор в съседни домейни.

Домейните са образувания, състоящи се от огромен брой [подредени] атоми и понякога видими с просто око (размери от порядъка на 10−2 cm3).

Домейни съществуват във феро- и антиферомагнитни, фероелектрични кристали и други вещества със спонтанен ред на дълги разстояния.

Точка на Кюри или температура на Кюри- температурата на фазовия преход от втори вид, свързана с рязка промяна в свойствата на симетрията на веществото (например, магнитна - във феромагнетици, електрическа - в сегнетоелектрици, кристална химия - в подредени сплави). Кръстен на П. Кюри. При температура T под точката на Кюри Q феромагнетиците имат спонтанно (спонтанно) намагнитване и определена магнитокристална симетрия. В точката на Кюри (T=Q), интензитетът на топлинното движение на феромагнитните атоми е достатъчен, за да унищожи неговата спонтанна намагнитност („магнитен ред“) и да промени симетрията, в резултат на което феромагнетикът става парамагнетик. По същия начин, за антиферомагнетици при T=Q (в така наречената антиферомагнитна точка на Кюри или точка на Neel), настъпва разрушаване на тяхната характерна магнитна структура (магнитни подрешетки) и антиферомагнетиците стават парамагнетици. В фероелектриците и антифероелектриците при T=Q топлинното движение на атомите обезсилва спонтанната подредена ориентация на електрическите диполи на елементарните клетки на кристалната решетка. В подредени сплави, в точката на Кюри (нарича се още точка в случай на сплави.

Магнитен хистерезиснаблюдавани в магнитно подредени вещества (в определен температурен диапазон), например във феромагнетици, обикновено разделени на области на областта на спонтанно (спонтанно) намагнитване, в които стойността на намагнитване (магнитен момент на единица обем) е една и съща, но посоките са различни.

Под действието на външно магнитно поле броят и размерът на магнетизираните в полето домени се увеличават за сметка на други домени. Векторите на намагнитване на отделните домени могат да се въртят по протежение на полето. В достатъчно силно магнитно поле феромагнитът се магнетизира до насищане, докато се състои от един домейн с намагнитване на насищане JS, насочено по протежение на външното поле H.

Типична зависимост на намагнитването от магнитното поле в случай на хистерезис

34. Земното магнитно поле

Както знаете, магнитното поле е специален вид силово поле, което влияе на тела с магнитни свойства, както и на движещи се електрически заряди. До известна степен магнитното поле може да се счита за специален вид материя, която предава информация между електрически заряди и тела с магнитен момент. Съответно, магнитното поле на Земята е магнитно поле, което се създава поради фактори, свързани с функционалните характеристики на нашата планета. Тоест геомагнитното поле се създава от самата Земя, а не от външни източници, въпреки че последните имат известен ефект върху магнитното поле на планетата.

По този начин свойствата на магнитното поле на Земята неизбежно зависят от характеристиките на неговия произход. Основната теория, обясняваща появата на това силово поле, е свързана с протичането на токове в течното метално ядро ​​на планетата (температурата в ядрото е толкова висока, че металите са в течно състояние). Енергията на магнитното поле на Земята се генерира от така наречения хидромагнитен динамо механизъм, който се дължи на многопосочността и асиметрията на електрическите токове. Те генерират усилване на електрически разряди, което води до освобождаване на топлинна енергия и възникване на нови магнитни полета. Любопитно е, че механизмът на хидромагнитното динамо има способността да се „самовъзбужда“, тоест активната електрическа активност вътре в земното ядро ​​постоянно генерира геомагнитно поле без външно влияние.

35.Намагнитване - векторна физическа величина, характеризираща магнитното състояние на макроскопично физическо тяло. Обикновено се обозначава с M. Дефинира се като магнитен момент на единица обем от вещество:

Тук M е векторът на намагнитване; - вектор на магнитния момент; V - обем.

В общия случай (случаят на нехомогенна по една или друга причина среда) намагнитването се изразява като

и е функция на координатите. Къде е общият магнитен момент на молекулите в обем dV Връзката между M и силата на магнитното поле H в диамагнитни и парамагнитни материали обикновено е линейна (поне за не твърде големи стойности на магнитното поле):

където χm се нарича магнитна възприемчивост. Във феромагнитните материали няма връзка едно към едно между M и H поради магнитен хистерезис и тензорът на магнитната чувствителност се използва за описание на зависимостта.

Сила на магнитното поле(стандартно обозначение H) - векторно физическо количество, равно на разликата между вектора на магнитната индукция B и вектора на намагнитване M.

В Международната система единици (SI): H = (1/µ 0)B - M, където µ 0 е магнитната константа.

Магнитна пропускливост- физична величина, коефициент (в зависимост от свойствата на средата), характеризиращ връзката между магнитната индукция B и напрегнатостта на магнитното поле H в веществото. За различните среди този коефициент е различен, така че те говорят за магнитната пропускливост на определена среда (предполагайки нейния състав, състояние, температура и т.н.).

Обикновено се обозначава с гръцката буква µ. Той може да бъде скаларен (за изотропни вещества) или тензор (за анизотропни вещества).

Като цяло връзката между магнитната индукция и силата на магнитното поле чрез магнитната пропускливост се въвежда като

и в общия случай тук трябва да се разбира като тензор, който в компонентната нотация съответства на

Контролни въпроси .. 18

9. Лабораторна работа № 2. Изследване на термоелектронна емисия при ниски плътности на емисионния ток . 18

Работен ред .. 19

Изисквания за отчет . 19

Контролни въпроси .. 19

Въведение

Емисионната електроника изучава явленията, свързани с излъчването (излъчването) на електрони от кондензирана среда. Електронно излъчване възниква, когато част от електроните на тялото придобие в резултат на външно въздействие енергия, достатъчна да преодолее потенциалната бариера на границата си, или ако външно електрическо поле го направи "прозрачен" за част от електроните. В зависимост от естеството на външното въздействие има:

• термоемисия (нагряване на тела);
• вторична електронна емисия (електронно бомбардиране на повърхността);
• йонно-електронна емисия (повърхностно бомбардиране с йони);
• фотоелектронно излъчване (електромагнитно излъчване);
• екзоелектронниемисия (механична, термична и други видове повърхностна обработка);
• полева емисия (външно електрическо поле) и др.

Във всички явления, при които е необходимо да се вземе предвид или излизането на електрон от кристал в околното пространство, или преходът от един кристал към друг, характеристиката, наречена "Работна функция", става решаваща. Работната функция се определя като минималната енергия, необходима за извличане на електрон от твърдо тяло и поставянето му в точка, където потенциалната му енергия обикновено се приема за нула. В допълнение към описанието на различни емисионни явления, понятието работна функция играе важна роля при обяснението на възникването на контактна потенциална разлика при контакта на два метала, метал с полупроводник, два полупроводника, както и галванични явления.

Насоките се състоят от две части. Първата част съдържа основна теоретична информация за емисионните явления в твърдите тела. Основно внимание е отделено на явлението термоелектронна емисия. Втората част съдържа описание на лабораторните работи, посветени на експерименталното изследване на термоелектронната емисия, изследването на контактната потенциална разлика и разпределението на работата по повърхността на пробата.

Част 1. Основни теоретични сведения

1. Работна работа на електрона. Влияние на състоянието на повърхността върху производителността

Фактът, че електроните се задържат вътре в твърдото тяло, показва, че в повърхностния слой на тялото възниква забавящо поле, което не позволява на електроните да го напуснат в околния вакуум. Схематично представяне на потенциална бариера на границата на твърдо тяло е дадено на фиг. 1. За да напусне кристала, електронът трябва да извърши работа, равна на работната функция. Разграничете термодинамикаИ външенизходна работа.

Термодинамичната работа е разликата между енергията на нулевото ниво на вакуум и енергията на Ферми на твърдото тяло.

Външната работа на работа (или афинитет към електрона) е разликата между енергията на нулевото ниво на вакуум и енергията на дъното на зоната на проводимост (фиг. 1).

Ориз. 1. Форма на кристалния потенциал U по линията на разположение на йоните в кристала и в приповърхностната област на кристала: позициите на йоните са маркирани с точки на хоризонталната линия; φ=- U /e е потенциалът на работната функция; дЕ е енергията на Ферми (отрицателна); д ° Се енергията на дъното на проводимата зона; WO е термодинамичната работа на работа; Wa е външната работна функция; защрихованата зона условно изобразява запълнени електронни състояния

Могат да се посочат две основни причини за появата на потенциална бариера на границата между твърдо тяло и вакуум. Една от тях е свързана с факта, че електрон, излъчен от кристал, предизвиква положителен електрически заряд на повърхността му. Между електрона и повърхността на кристала възниква сила на привличане (силата на електрическото изображение, вижте раздел 5, фиг. 12), която се стреми да върне електрона обратно в кристала. Друга причина е свързана с факта, че електроните поради топлинно движение могат да пресичат повърхността на метала и да се отдалечават от него на малки разстояния (от порядъка на атомните). Те образуват отрицателно зареден слой над повърхността. В този случай след освобождаването на електрони върху повърхността на кристала се образува положително зареден слой йони. В резултат на това се образува двоен електрически слой. Той не създава поле в космическото пространство, но също така изисква работа за преодоляване на електрическото поле вътре в самия двоен слой.

Стойността на работата на изхода за повечето метали и полупроводници е няколко електронволта. Например за литий работната работа е 2,38 eV, желязо - 4,31 eV, германий - 4,76 eV, силиций - 4,8 eV. До голяма степен стойността на работата на изхода се определя от кристалографската ориентация на монокристалната повърхност, от която възниква емисия на електрони. За равнината (110) на волфрама работната функция е 5,3 eV; за равнините (111) и (100) тези стойности са съответно 4,4 eV и 4,6 eV.

Работната функция е силно повлияна от тънки слоеве, отложени върху кристалната повърхност. Атомите или молекулите, които се установяват на повърхността на кристала, често му даряват електрон или отнемат електрон от него и стават йони. На фиг. 2 показва енергийната диаграма на метал и изолиран атом за случая, когато термодинамичната работа на един електрон от метала W0повече от йонизационната енергия Е йонотложен върху повърхността му на атома, В тази ситуация електронът на атома е енергийно благоприятен тунелв метала и да се спуснете в него до нивото на Ферми. Повърхността на метал, покрита с такива атоми, е отрицателно заредена и образува двоен електрически слой с положителни йони, чието поле ще намали работната функция на метала. На фиг. 3а показва волфрамов кристал, покрит с цезиев монослой. Тук се реализира обсъдената по-горе ситуация, тъй като енергията Е йонцезий (3,9 eV) е по-малък от работата на изхода на волфрама (4,5 eV). При експерименти работната функция намалява повече от три пъти. Обратната ситуация се наблюдава, ако волфрамът е покрит с кислородни атоми (фиг. 3b). Тъй като връзката на валентните електрони в кислорода е по-силна, отколкото във волфрама, когато кислородът се адсорбира върху повърхността на волфрама, се образува двоен електрически слой, който увеличава работната функция на метала. Най-често срещаният случай е, когато атом, който се е утаил на повърхността, не отдава напълно своя електрон на метала или приема допълнителен електрон, но деформира електронната си обвивка, така че атомите, адсорбирани на повърхността, да се поляризират и да станат електрически диполи ( Фиг. 3в). В зависимост от ориентацията на диполите работата на изхода на метала намалява (ориентацията на диполите съответства на фиг. 3в) или се увеличава.

2. Феноменът на термоелектронната емисия

Термоелектронната емисия е един от видовете електронна емисия от твърда повърхност. В случай на термоелектронна емисия външното действие е свързано с нагряване на твърдото тяло.

Явлението термоелектронна емисия е излъчването на електрони от нагрети тела (емитери) във вакуум или друга среда.

При условия на термодинамично равновесие броят на електроните n(E)имащи енергия в диапазона от дпреди д+г Д, се определя от статистиката на Ферми-Дирак:

,(1)

Където g(E)е броят на квантовите състояния, съответстващи на енергията д; д Е е енергията на Ферми; ке константата на Болцман; Tе абсолютната температура.

На фиг. 4 показва енергийната схема на метала и кривите на енергийното разпределение на електроните при T\u003d 0 K, при ниска температура Т 1и при висока температура Т 2. При 0 K енергията на всички електрони е по-малка от енергията на Ферми. Нито един от електроните не може да напусне кристала и не се наблюдава термоемисия. С повишаване на температурата броят на термично възбудените електрони, които могат да напуснат метала, се увеличава, което причинява явлението термоелектронна емисия. На фиг. 4 това се илюстрира от факта, че T=T 2"Опашката" на кривата на разпределение надхвърля нулевото ниво на потенциалния кладенец. Това показва появата на електрони с енергия, надвишаваща височината на потенциалната бариера.

За металите работната функция е няколко електронволта. Енергия к Tдори при температура от хиляди келвини, това е част от електронволта. За чистите метали може да се получи значително излъчване на електрони при температура от порядъка на 2000 К. Например, при чист волфрам може да се получи забележимо излъчване при температура от 2500 К.

За да се изследва термоелектронната емисия, е необходимо да се създаде електрическо поле близо до повърхността на нагрято тяло (катод), което ускорява електроните за тяхното отстраняване (изсмукване) от повърхността на емитера. Под действието на електрическо поле излъчените електрони започват да се движат и се образува електрически ток, който се нарича термоефективен. За наблюдение на термоелектронния ток обикновено се използва вакуумен диод - електронна лампа с два електрода. Катодът на лампата е нажежаема жичка от огнеупорен метал (волфрам, молибден и др.), нагрята от електрически ток. Анодът обикновено е под формата на метален цилиндър, заобикалящ нажежен катод. За да се наблюдава термичният ток, диодът е свързан към веригата, показана на фиг. 5. Очевидно е, че силата на термоелектронния ток трябва да нараства с увеличаване на потенциалната разлика Vмежду анода и катода. Това увеличение обаче не е пропорционално V(фиг. 6). При достигане на определено напрежение нарастването на термоелектронния ток практически спира. Граничната стойност на термоелектронния ток при дадена температура на катода се нарича ток на насищане. Стойността на тока на насищане се определя от броя на термоелектроните, които могат да напуснат повърхността на катода за единица време. В този случай всички електрони, доставени в резултат на термоемисия от катода, се използват за генериране на електрически ток.

3. Зависимост на термоелектронния ток от температурата. Формула Ричардсън-Дешман

При изчисляване на плътността на термоелектронния ток ще използваме модела на електронния газ и ще приложимкъм него статистиката на Ферми-Дирак. Очевидно плътността на термоелектронния ток се определя от плътността на електронния облак в близост до повърхността на кристала, който се описва с формула (1). Нека преминем в тази формула от разпределението на енергията на електроните към разпределението на импулса на електроните. В същото време вземаме предвид, че допустимите стойности на вектора на вълната на електрона к V к - пространството се разпределят равномерно, така че за всяка стойност к сметки том 8 стр 3 (за кристален обем, равен на единица). Като се има предвид, че импулсът на електрона p =ћ к получаваме, че броят на квантовите състояния в обемния елемент на импулсното пространство dp xdpydpzще бъде равно на

(2)

Двете в числителя на формула (2) отчитат две възможни стойности на въртенето на електрона.

Нека насочим оста zправоъгълна координатна система, нормална към повърхността на катода (фиг. 7). Нека разпределим площ от единица площ на повърхността на кристала и да изградим върху нея, като на основата, правоъгълен паралелепипед със страничен ръб vz =p z /m n(m nе ефективната маса на електрона). Електроните допринасят за плътността на тока на насищане от компонента vzскорост на оста z. Приносът към плътността на тока от един електрон е

(3)

Където де зарядът на електрона.

Броят на електроните в паралелепипеда, чиито скорости се съдържат в разглеждания интервал:

За да не се разруши кристалната решетка по време на излъчването на електрони, от кристала трябва да излезе незначителна част от електроните. За това, както показва формула (4), условието НЕЯЕ>> к T. За такива електрони единицата в знаменателя на формула (4) може да бъде пренебрегната. След това тази формула се трансформира във формата

(5)

Намерете сега броя на електроните dNв разглеждания том z- компонент на импулса, който е затворен между Р zИ Р z+dpz. За да направите това, предишният израз трябва да бъде интегриран върху Р х И Р гвариращи от –∞ до +∞. При интегрирането трябва да се има предвид, че

,

и използвайте табличния интеграл

,.

В резултат на това получаваме

.(6)

Сега, като вземем предвид (3), намираме плътността на термоелектронния ток, създаден от всички електрони на паралелепипеда. За да направите това, изразът (6) трябва да бъде интегриран за всички електрони, чиято кинетична енергия е на нивото на Ферми E≥E F+W0.Само такива електрони могат да напуснат кристала и само те играят роля при изчисляването на топлинния ток. Компонентът на импулса на такива електрони по оста Зтрябва да отговаря на условието

Следователно плътността на тока на насищане

Интегрирането се извършва за всички стойности на . Въвеждаме нова интеграционна променлива

Тогава p z dp z =m n duИ

.(8)

В резултат на това получаваме

,(9)

,(10)

къде е константата

.

Равенството (10) се нарича формула Ричардсън-Дешман. Чрез измерване на плътността на термоелектронния ток на насищане, може да се използва тази формула за изчисляване на константата A и работната функция W 0 . За експериментални изчисления формулата Ричардсън-Дешманудобно е да се представи във формата

В този случай на графиката зависимостта ln(js /T2)от 1 /Tизразена като права линия. Пресечната точка на правата с оста y изчислява ln А , а работата на работа се определя от наклона на правата (фиг. 8).

4. Контактна потенциална разлика

Помислете за процесите, които възникват, когато два електронни проводника, например два метала, с различни работни функции се приближат и влязат в контакт. Енергийните схеми на тези метали са показани на фиг. 9. Нека дF1И дF2са енергията на Ферми за първия и втория метал, съответно, и W01И W02е тяхната работна функция. В изолирано състояние металите имат едно и също ниво на вакуум и следователно различни нива на Ферми. Да приемем за категоричност, че W01< W02, тогава нивото на Ферми на първия метал ще бъде по-високо от това на втория (фиг. 9а). Когато тези метали влязат в контакт срещу заетите електронни състояния в метал 1, има свободни енергийни нива на метал 2. Следователно, когато тези проводници влязат в контакт, произтичащ поток от електрони възниква от проводник 1 към проводник 2. Това води до факт, че първият проводник, губейки електрони, става положително зареден, а вторият проводник, придобивайки допълнителен отрицателензарядът е отрицателно зареден. Поради зареждането всички енергийни нива на метал 1 се изместват надолу, а на метал 2 - нагоре. Процесът на изместване на нивата и процесът на преход на електрони от проводник 1 към проводник 2 ще продължи, докато нивата на Ферми на двата проводника се изравнят (фиг. 9b). Както може да се види от тази фигура, равновесното състояние съответства на потенциалната разлика между нулевите нива на проводниците 0 1 и 0 2:

.(11)

Потенциална разлика V К.Р.ПНаречен контактна потенциална разлика. Следователно контактната потенциална разлика се определя от разликата в работата на електроните от контактуващите проводници. Полученият резултат е валиден за всякакви методи за обмен на електрони между два материала, включително термоелектронна емисия във вакуум, чрез външна верига и др. Подобни резултати се получават, когато метал влезе в контакт с полупроводник. Между металите и полупроводника възниква контактна потенциална разлика с приблизително същия порядък, както при контакт между два метала (приблизително 1 V). Единствената разлика е, че ако в проводниците цялата контактна потенциална разлика пада практически върху пролуката между металите, тогава когато металът контактува с полупроводника, цялата контактна потенциална разлика пада върху полупроводника, в който се образува достатъчно голям слой, обогатен или обеднени на електрони. Ако този слой е обеднен на електрони (в случая, когато работата на изхода на полупроводника от n-тип е по-малка от работата на изхода на метала), тогава такъв слой се нарича блокиране и такъв преходще има изправящи свойства. Потенциалната бариера, която възниква при изправящия контакт на метал с полупроводник, се нарича Бариера на Шотки, и диодите, работещи на негова основа - Шотки диоди.

Волт-амперхарактеристика на горещия катод при ниски плътности на емисионния ток. Ефект на Шотки

Ако между термичния катод и анода на диода (фиг. 5) се създаде потенциална разлика V, което предотвратява движението на електрони към анода, тогава само онези електрони, които са излетели от катода с запас от кинетична енергия не по-малък от енергията на електростатичното поле между анода и катода, могат да стигнат до анода, т.е. –д V(V< 0). За да направите това, тяхната енергия в горещия катод трябва да бъде най-малко W 0 -eV. След това, замествайки във формулата Ричардсън-Дешман (10) W0На W 0 -eV, получаваме следния израз за плътността на тока на топлинна емисия:

,(12)

Тук j Sе плътността на тока на насищане. Логаритмуваме този израз

.(13)

При положителен потенциал на анода всички електрони, напускащи горещия катод, отиват към анода. Следователно токът във веригата не трябва да се променя, оставайки равен на тока на насищане. По този начин, волт-амперхарактеристика (CVC) на термичния катод ще има формата, показана на фиг. 10 (крива а).

Подобна I–V характеристика се наблюдава само при относително ниски плътности на емисионния ток и високи положителни потенциали на анода, когато няма значителен пространствен заряд на електрони близо до излъчващата повърхност. Волт-амперната характеристика на горещия катод, като се вземе предвид пространственият заряд, разгледан в разд. 6.

Нека отбележим още една важна характеристика на CVC при ниски плътности на емисионния ток. Заключението, че топлинният ток достига насищане при V=0 е валиден само за случая, когато материалите на катода и анода имат еднаква термодинамична работа. Ако работните функции на катода и анода не са равни една на друга, тогава между анода и катода се появява контактна потенциална разлика. В този случай дори при липса на външно електрическо поле ( V= 0) между анода и катода има електрическо поле поради контактната потенциална разлика. Например ако W 0k< W 0a анодът ще бъде отрицателно зареден спрямо катода. За да се унищожи контактната потенциална разлика, трябва да се приложи положително отклонение към анода. Ето защо волт-амперхарактеристиката на горещия катод се измества със стойността на контактната потенциална разлика към положителния потенциал (фиг. 10, крива b). С обратна зависимост между W 0kИ W 0aпосоката на изместване на CVC е противоположна (крива c на фиг. 10).

Заключение за независимостта на плътността на тока на насищане при V>0 е силно идеализиран. В реалните I–V характеристики на термоемисия се наблюдава леко увеличение на тока на термоемисия с увеличаване на Vв режим на насищане, което е свързано с Ефект на Шотки(фиг. 11).

Ефектът на Шотки е намаляване на работата на изход на електрони от твърди тела под действието на външно ускоряващо електрическо поле.

За да обясните ефекта на Шотки, помислете за силите, действащи върху електрон близо до кристалната повърхност. В съответствие със закона за електростатичната индукция върху повърхността на кристала се индуцират повърхностни заряди с противоположен знак, които определят взаимодействието на електрона с повърхността на кристала. В съответствие с метода на електрическите изображения действието на реални повърхностни заряди върху електрона се заменя с действието на фиктивен точка положителназареждане +eразположен на същото разстояние от кристалната повърхност като електрона, но от противоположната страна на повърхността (фиг. 12). Тогава, в съответствие със закона на Кулон, силата на взаимодействие на два точкови заряда

,(14)

Тук ε о– електрическа константа: хе разстоянието между електрона и кристалната повърхност.

Потенциалната енергия на един електрон в силовото поле на електрическото изображение, ако се брои от нулевото ниво на вакуум, е равна на

.(15)

Потенциална енергия на електрон във външно ускоряващо електрическо поле д

Обща потенциална енергия на електрона

.(17)

Графично намиране на общата енергия на електрон, разположен близо до повърхността на кристал, е показано на фиг. 13, където ясно се вижда намаляването на работата на изход на електрона от кристала. Общата крива на потенциалната енергия на електрона (плътна крива на фиг. 13) достига максимум в точката x m:

.(18)

Тази точка е на разстояние 10Å от повърхността при напрегнатост на външното поле » 3× 10 6 V/cm.

В точката х м общата потенциална енергия, равна на намалението на потенциалната бариера (и следователно намалението на работната функция),

.(19)

В резултат на ефекта на Шотки токът на термичния диод при положително напрежение на анода се увеличава с увеличаване на анодното напрежение. Този ефект се проявява не само когато електроните се излъчват във вакуум, но и когато се движат през контактите метал-полупроводник или метал-диелектрик.

6. Токове във вакуум, ограничени от пространствен заряд. Законът за трите секунди

При висока плътност на тока на термоемисия, характеристиката ток-напрежение се влияе значително от обемния отрицателен заряд, който възниква между катода и анода. Този обемен отрицателен заряд не позволява на електроните, излъчени от катода, да достигнат до анода. По този начин анодният ток е по-малък от тока на емисия на електрони от катода. Когато към анода се приложи положителен потенциал, допълнителната потенциална бариера на катода, създадена от пространствения заряд, намалява и анодният ток се увеличава. Това е качествена картина на влиянието на пространствения заряд върху ток-напрежението на термичния диод. Теоретично този въпрос е изследван от Langmuir през 1913 г.

При редица опростяващи предположения изчисляваме зависимостта на тока на термичния диод от външната потенциална разлика, приложена между анода и катода, и намираме разпределението на полето, потенциала и концентрацията на електрони между анода и катода, като вземем предвид пространствен заряд.

Ориз. 14. Към заключението на закона на "трите секунди"

Да приемем, че електродите на диода са плоски. С малко разстояние между анода и катода дте могат да се считат за безкрайно големи. Поставяме началото на координатите върху повърхността на катода и оста хнасочете го перпендикулярно на тази повърхност към анода (фиг. 14). Температурата на катода ще се поддържа постоянна и равна на T. Потенциал на електростатичното поле й , съществуващ в пространството между анода и катода, ще бъде функция само на една координата х. Той трябва да задоволи Уравнение на Поасон

,(20)

Тук r е обемната плътност на заряда; не концентрацията на електрони; й , r И нса функции на координатата х.

Като се има предвид, че плътността на тока между катода и анода

и скоростта на електрона vможе да се определи от уравнението

Където ме масата на електрона, уравнение (20) може да се преобразува във формата

, .(21)

Това уравнение трябва да бъде допълнено с гранични условия

Тези гранични условия следват от факта, че потенциалът и напрегнатостта на електрическото поле на повърхността на катода трябва да изчезнат. Умножавайки двете страни на уравнение (21) по дй /dx, получаваме

.(23)

Като се има предвид това

(24а)

И , (24b)

пишем (23) като

.(25)

Сега можем да интегрираме и двете части на уравнение (25). хвариращи от 0 до тази стойност х, при което потенциалът е й . Тогава, като вземем предвид граничните условия (22), получаваме

Интегриране на двете части на (27) вътре х=0, й =0 до х=1, й= Va, получаваме

.(28)

Поставяне на квадрат на двете страни на равенството (28) и изразяване на плътността на тока йот Асъгласно (21), получаваме

.(30)

Формула (29) се нарича "закон на трите секунди" на Лангмюр.

Този закон е валиден за електроди с произволна форма. Изразът за числения коефициент зависи от формата на електродите. Получените по-горе формули позволяват да се изчислят разпределенията на потенциала, напрегнатостта на електрическото поле и електронната плътност в пространството между катода и анода. Интегриране на израз (26) в границите на х=0 до стойността, когато потенциалът е й , води до релацията

тези. потенциалът се променя пропорционално на разстоянието от катода хна степен 4/3. Производна дй/ dxхарактеризира напрегнатостта на електрическото поле между електродите. Според (26), величината на напрегнатостта на електрическото поле д ~х 19 . И накрая, концентрацията на електрони

(32)

и според (31) н(х)~ (1/х) 2/9 .

Зависимости й (х ), д(х) И н(х) са показани на фиг. 15. Ако х→0, тогава концентрацията клони към безкрайност. Това е следствие от пренебрегването на топлинните скорости на електроните в близост до катода. В реална ситуация с термоемисия, електроните напускат катода не с нулева скорост, а с някаква крайна скорост на емисия. В този случай анодният ток ще съществува дори ако в близост до катода има малко обратно електрическо поле. Следователно обемната плътност на заряда може да се промени до такива стойности, при които потенциалът в близост до катода намалява до отрицателни стойности (фиг. 16). С увеличаване на анодното напрежение минимумът на потенциала намалява и се доближава до катода (криви 1 и 2 на фиг. 16). При достатъчно високо напрежение на анода потенциалният минимум се слива с катода, напрегнатостта на полето на катода става равна на нула и зависимостта й (х) подходи (29), изчислени без отчитане на началните скорости на електроните (крива 3 на фиг. 16). При високи анодни напрежения пространственият заряд се абсорбира почти напълно и потенциалът между катода и анода варира линейно (крива 4, фиг. 16).

По този начин разпределението на потенциала в междуелектродното пространство, като се вземат предвид началните скорости на електроните, се различава значително от това, което е в основата на идеализирания модел при извеждане на закона за "трите секунди". Това води до промяна и зависимост на плътността на анодния ток. Изчислението, което взема предвид началните скорости на електроните за случая на разпределението на потенциала, показано на фиг. 17, а за цилиндрични електроди дава следната зависимост за общия ток на термоемисия аз (аз=jS, Където Се площта на напречното сечение на топлинния ток):

.(33)

Настроики x mИ Vmсе определя от вида на зависимостта й (х), тяхното значение е ясно от фиг. 17. Параметър х м е равно на разстоянието от катода, на което потенциалът достига минималната си стойност = Vm. Фактор ° С(x m), с изключение x m, зависи от радиусите на катода и анода. Уравнение (33) е валидно за малки промени в анодното напрежение, тъй като И х м И Vm, както беше обсъдено по-горе, зависят от анодното напрежение.

По този начин законът на "трите секунди" не е универсален, той е валиден само в сравнително тесен диапазон от напрежения и токове. Въпреки това, това е ясен пример за нелинейна връзка между тока и напрежението на електронно устройство. Нелинейността на характеристиката ток-напрежение е най-важната характеристика на много елементи на радио и електрически вериги, включително елементи на твърдотелна електроника.

Част 2. Лабораторна работа

7. Експериментална установка за изследване на термоелектронна емисия

Лабораторни работи № 1 и 2 се извършват на една и съща лабораторна инсталация, изпълнена на базата на универсален лабораторен стенд. Диаграмата за настройка е показана на фиг. 18. В измервателната секция има вакуумен диод EL с катод на директно или индиректно нагряване. Контактите на нишката "Incandescence", анода "Anode" и катода "Cathode" се извеждат към предния панел на измервателната секция. Източникът на топлина е стабилизиран източник на постоянен ток тип В5-44А. Иконата I в диаграмата показва, че източникът работи в текущия режим на стабилизиране. Процедурата за работа с източник на постоянен ток можете да намерите в техническото описание и инструкцията за експлоатация на това устройство. Подобни описания има за всички електрически измервателни уреди, използвани в лабораторната работа. Анодната верига включва стабилизиран DC източник B5-45A и универсален цифров волтметър V7-21A, използван в режим на DC измерване за измерване на анодния ток на термодиода. За да измерите анодното напрежение и тока на катодната нишка, можете да използвате устройствата, вградени в източника на захранване, или да свържете допълнителен волтметър RV7-32 за по-точно измерване на напрежението на катода.

Измервателната секция може да съдържа вакуумни диоди с различни работещи катодни нишки. При номиналния ток на нишката диодът работи в режим на ограничаване на анодния ток от пространствения заряд. Този режим е необходим за завършване на Lab #1. Лабораторна работа № 2 се изпълнява при намалени токове на нишките, когато влиянието на пространствения заряд е незначително. Когато настройвате тока на спиралата, трябва да бъдете особено внимателни, т.к. превишаването на тока на нишката над номиналната му стойност за дадена електронна тръба води до изгаряне на катодната нишка и диодът излиза от строя. Ето защо, когато се подготвяте за работа, не забравяйте да проверите с учителя или инженера стойността на работния ток на блясъка на диода, използван в работата, не забравяйте да запишете данните в работна книга и да я използвате при съставянето на отчет на лабораторна работа.

8. Лабораторна работа №1. Изследване на ефекта на пространствения заряд върху волт-ампертермична характеристика на тока

Целта на работата: експериментално изследване на зависимостта на тока на термоемисия от анодното напрежение, определяне на показателя в закона на "трите секунди".

Волт-амперХарактеристиката на тока на термоемисия се описва от закона за "трите секунди" (виж раздел 6). Този режим на работа на диода възниква при достатъчно високи токове на катодната нишка. Обикновено при номинален ток на нажежаема жичка токът на вакуумния диод е ограничен от пространствения заряд.

Експерименталната настройка за извършване на тази лабораторна работа е описана в раздел. 7. При работа е необходимо да се вземе характеристиката ток-напрежение на диода при номиналния ток на нажежаемата жичка. Стойността на работния ток по скалата на използваната вакуумна тръба трябва да бъде взета от учител или инженер и записана в работна книга.

Работен ред

1. Запознайте се с описанието и реда за работа с устройствата, необходими за работата на опитната постановка. Сглобете веригата съгласно фиг. 18. Инсталацията може да бъде свързана към мрежата само след проверка на правилността на сглобената верига от инженер или учител.

2. Включете източника на захранване на тока на катодната нишка и задайте необходимия ток на нишката. Тъй като, когато токът на нишката се променя, температурата и съпротивлението на нишката се променят, което от своя страна води до промяна в тока на нишката, настройката трябва да се извърши по метода на последователните приближения. След края на настройката е необходимо да изчакате около 5 минути, за да се стабилизират токът на нажежаемата жичка и температурата на катода.

3. Свържете източник на постоянно напрежение към анодната верига и, променяйки напрежението на анода, вземете характеристиката ток-напрежение точка по точка. Вземете характеристиката ток-напрежение в диапазона от 0 ... 25 V, на всеки 0,5 ... 1 V.

аз а(Va), Където аз а– аноден ток, Vaе анодното напрежение.

5. Ако диапазонът на изменение на анодното напрежение се приема малък, тогава стойностите x m, ° С(x,n) И Vm, включени във формула (33), могат да се приемат постоянни.На свобода Vaвеличина Vmможе да се пренебрегне. В резултат на това формула (33) се трансформира във формата (след преминаване от топлинната плътност на тока йдо пълната му стойност аз)

6. От формула (34) определете стойността СЪСза трите максимални стойности на анодното напрежение върху характеристиката ток-напрежение. Изчислете средноаритметичното на получените стойности. Замествайки тази стойност във формула (33), определете стойността Vmза трите минимални анодни напрежения и се изчислява средноаритметичното Vm.

7. Използване на получената стойност Vm, парцел л.н аз аот ln( Va+|Vm|). Определете степента на зависимост от тангенса на ъгъла на тази графика аз а(V a + Vm). Трябва да е близо до 1,5.

8. Издаване на отчет за работата.

Изисквания за отчет

5. Изводи по работата.

Контролни въпроси

1. Как се нарича явлението термоелектронна емисия? Определете работата на един електрон. Каква е разликата между термодинамичната и външната работна функция?

2. Обяснете причините за появата на потенциална бариера на границата твърдо вещество-вакуум.

3. Обяснете, въз основа на енергийната схема на метала и кривата на разпределение на енергията на електроните, топлинното излъчване на електрони от метала.

4. При какви условия се наблюдава термоелектронен ток? Как може да се наблюдава термоелектронен ток? Как токът на термичен диод зависи от приложеното електрическо поле?

5. Посочете закона Ричардсън-Дешман

6. Обяснете качествената картина на влиянието на обемен отрицателен заряд върху характеристиката на тока и напрежението на термичен диод. Формулирайте закона на Лангмюр за три секунди.

7. Какви са разпределенията на потенциала, напрегнатостта на електрическото поле и електронната плътност в пространството между катода и анода при токове, ограничени от пространствения заряд?

8. Каква е зависимостта на тока на топлинна емисия от напрежението между анода и катода, като се вземат предвид обемният заряд и началните скорости на електроните? Обяснете значението на параметрите, които определят тази зависимост;

9. Обяснете схемата на експерименталната постановка за изследване на термоелектронна емисия. Обяснете предназначението на отделните елементи на веригата.

10. Обяснете метода за експериментално определяне на показателя в закона на "трите секунди".

9. Лабораторна работа № 2. Изследване на термоелектронна емисия при ниски плътности на емисионния ток

Целта на работата: да се изследват характеристиките на токовото напрежение на термичен диод при нисък ток на нагряване на катода. Определяне от експерименталните резултати на контактната потенциална разлика между катода и анода, температурата на катода.

При ниски топлинни плътности на тока волт-амперхарактеристиката има характерна форма с инфлексна точка, съответстваща на модула на контактната потенциална разлика между катода и анода (фиг. 10). Температурата на катода може да се определи по следния начин. Нека преминем към уравнение (12), описващо волт-амперната характеристика на термоемисия при ниски плътности на тока, от плътността на термотока йдо пълната му стойност аз(й=аз /С, Където Се площта на напречното сечение на топлинния ток). Тогава получаваме

Където Аз Се токът на насищане.

Логаритмирайки (35), имаме

.(36)

Тъй като уравнение (36) описва характеристиката ток-напрежение в участъка вляво от точката на инфлексия, тогава за определяне на температурата на катода е необходимо да се вземат произволни две точки в този участък с анодни токове аз 1, аз 2и анодни напрежения U a 1, U a 2съответно. Тогава, съгласно уравнение (36),

Следователно за температурата на катода получаваме работната формула

.(37)

Работен ред

За да извършите лабораторна работа, трябва:

1. Запознайте се с описанието и реда за работа с устройствата, необходими за работата на опитната постановка. Сглобете веригата съгласно фиг. 18. Инсталацията може да бъде свързана към мрежата само след проверка на правилността на сглобената схема от инженер или учител.

2. Включете захранването с ток на катодната нишка и задайте необходимия ток на нишката. След настройка на тока е необходимо да изчакате около 5 минути за стабилизиране на тока на нажежаемата жичка и температурата на катода.

3. Свържете източник на постоянно напрежение към анодната верига и, променяйки напрежението на анода, вземете характеристиката ток-напрежение точка по точка. Волт-ампервземете характеристика в диапазона от 0 ... 5 V. на всеки 0,05 ... 0,2 V.

4. Представете резултатите от измерването на графиката в координати ln аз а(Va), Където аз а– аноден ток, Vaе анодното напрежение. Тъй като в тази работа разликата в контактния потенциал се определя чрез графичен метод, мащабът по хоризонталната ос трябва да бъде избран по такъв начин, че точността на определяне V К.Р.Пе не по-малко от 0,1 V.

5. Въз основа на инфлексната точка на характеристиката ток-напрежение, определете контактната потенциална разлика между анода и катода.

6. Определете температурата на катода за три двойки точки на наклонения линеен участък на характеристиката ток-напрежение вляво от точката на инфлексия. Температурата на катода трябва да се изчисли по формула (37). Изчислете средната стойност на температурата от тези данни.

7. Подгответе отчет за работата.

Изисквания за отчет

Протоколът се съставя на стандартен лист А4 и трябва да съдържа:

1. Основни сведения по теорията.

2. Схема на експерименталната постановка и нейното кратко описание.

3. Резултати от измервания и изчисления.

4. Анализ на получените експериментални резултати.

5. Изводи по работата.

Контролни въпроси

1. Избройте видовете електронна емисия. Каква е причината за освобождаването на електрони при всеки вид електронна емисия?

2. Обяснете явлението термоелектронна емисия. Определете работната работа на електрон от твърдо тяло. Как може да се обясни съществуването на потенциална бариера на границата между твърдо тяло и вакуум?

3. Обяснете, въз основа на енергийната схема на метала и кривата на разпределение на енергията на електроните, топлинното излъчване на електрони от метала.

4. Посочете закона Ричардсън-Дешман. Обяснете физическото значение на количествата, включени в този закон.

5. Какви са характеристиките на ток-напрежението на термоелектронния катод при ниски плътности на емисионния ток? Как се отразява контактната потенциална разлика между катода и анода?

6. Какво представлява ефектът на Шотки? Как се обяснява този ефект?

7. Обяснете намаляването на потенциалната бариера за електрони под въздействието на електрическо поле.

8. Как ще се определя температурата на катода в тази лаборатория?

9. Обяснете метода за определяне на контактната потенциална разлика в тази работа.

10. Обяснете схемата и предназначението на отделните елементи на лабораторната уредба.