विद्युत क्षेत्र में प्रत्येक आवेश के लिए एक बल होता है जो इस आवेश को स्थानांतरित कर सकता है। एक बिंदु धनात्मक आवेश q को बिंदु O से बिंदु n तक ले जाने का कार्य A निर्धारित करें, जो ऋणात्मक आवेश Q के विद्युत क्षेत्र के बलों द्वारा किया जाता है। कूलम्ब के नियम के अनुसार, आवेश को स्थानांतरित करने वाला बल परिवर्तनशील और बराबर होता है

जहाँ r आवेशों के बीच परिवर्तनशील दूरी है।

. यह अभिव्यक्ति इस प्रकार प्राप्त की जा सकती है:

यह मात्रा विद्युत क्षेत्र में किसी दिए गए बिंदु पर आवेश की संभावित ऊर्जा Wp को दर्शाती है:

चिह्न (-) से पता चलता है कि जब किसी क्षेत्र द्वारा चार्ज को स्थानांतरित किया जाता है, तो इसकी संभावित ऊर्जा कम हो जाती है, जो आंदोलन के कार्य में बदल जाती है।

किसी इकाई धनात्मक आवेश की स्थितिज ऊर्जा (q = +1) के बराबर मान को विद्युत क्षेत्र विभव कहा जाता है।

तब . क्यू = +1 के लिए.

इस प्रकार, क्षेत्र के दो बिंदुओं के बीच संभावित अंतर एक इकाई सकारात्मक चार्ज को एक बिंदु से दूसरे बिंदु तक ले जाने के लिए क्षेत्र बलों के काम के बराबर है।

एक विद्युत क्षेत्र बिंदु की क्षमता एक इकाई धनात्मक आवेश को किसी दिए गए बिंदु से अनंत तक ले जाने के लिए किए गए कार्य के बराबर होती है:। माप की इकाई - वोल्ट = जे/सी.

विद्युत क्षेत्र में किसी आवेश को स्थानांतरित करने का कार्य पथ के आकार पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि केवल पथ के आरंभ और समाप्ति बिंदुओं के बीच संभावित अंतर पर निर्भर करता है।

वह सतह जिसके सभी बिंदुओं पर विभव समान हो, समविभव कहलाता है।

क्षेत्र की ताकत इसकी शक्ति विशेषता है, और क्षमता इसकी ऊर्जा विशेषता है।

क्षेत्र की ताकत और उसकी क्षमता के बीच संबंध सूत्र द्वारा व्यक्त किया गया है

,

चिन्ह (-) इस तथ्य के कारण है कि क्षेत्र की ताकत घटती क्षमता की दिशा में और बढ़ती क्षमता की दिशा में निर्देशित होती है।

5. चिकित्सा में विद्युत क्षेत्रों का उपयोग।

फ्रैंकलिनाइजेशन,या "इलेक्ट्रोस्टैटिक शावर", एक चिकित्सीय विधि है जिसमें रोगी के शरीर या उसके कुछ हिस्सों को लगातार उच्च-वोल्टेज विद्युत क्षेत्र के संपर्क में रखा जाता है।

सामान्य एक्सपोज़र प्रक्रिया के दौरान निरंतर विद्युत क्षेत्र 50 केवी तक पहुंच सकता है, स्थानीय एक्सपोज़र 15 - 20 केवी के साथ।

चिकित्सीय क्रिया का तंत्र.फ्रैंकलिनाइजेशन प्रक्रिया इस तरह से की जाती है कि रोगी का सिर या शरीर का दूसरा हिस्सा कैपेसिटर प्लेटों में से एक जैसा हो जाता है, जबकि दूसरा इलेक्ट्रोड सिर के ऊपर निलंबित होता है या 6 की दूरी पर एक्सपोजर की साइट से ऊपर स्थापित होता है। - 10 सेमी. इलेक्ट्रोड से जुड़ी सुइयों की युक्तियों के नीचे उच्च वोल्टेज के प्रभाव में, वायु आयन, ओजोन और नाइट्रोजन ऑक्साइड के निर्माण के साथ वायु आयनीकरण होता है।

ओजोन और वायु आयनों के अंतःश्वसन से संवहनी नेटवर्क में प्रतिक्रिया होती है। रक्त वाहिकाओं की एक अल्पकालिक ऐंठन के बाद, केशिकाएं न केवल सतही ऊतकों में, बल्कि गहरे ऊतकों में भी फैलती हैं। नतीजतन, चयापचय और ट्रॉफिक प्रक्रियाओं में सुधार होता है, और ऊतक क्षति की उपस्थिति में, पुनर्जनन और कार्यों की बहाली की प्रक्रियाएं उत्तेजित होती हैं।

बेहतर रक्त परिसंचरण, चयापचय प्रक्रियाओं और तंत्रिका कार्य के सामान्यीकरण के परिणामस्वरूप, सिरदर्द, उच्च रक्तचाप, संवहनी स्वर में वृद्धि और नाड़ी में कमी में कमी आती है।

तंत्रिका तंत्र के कार्यात्मक विकारों के लिए फ्रेंक्लिनिज़ेशन का उपयोग इंगित किया गया है

समस्या समाधान के उदाहरण

1. जब फ्रेंकलिनाइजेशन उपकरण संचालित होता है, तो हवा के 1 सेमी 3 में हर सेकंड 500,000 हल्के वायु आयन बनते हैं। एक उपचार सत्र (15 मिनट) के दौरान 225 सेमी 3 हवा में समान मात्रा में वायु आयन बनाने के लिए आवश्यक आयनीकरण का कार्य निर्धारित करें। वायु अणुओं की आयनीकरण क्षमता 13.54 V मानी जाती है, और वायु को पारंपरिक रूप से एक सजातीय गैस माना जाता है।

- आयनीकरण क्षमता, ए - आयनीकरण कार्य, एन - इलेक्ट्रॉनों की संख्या।

2. इलेक्ट्रोस्टैटिक शावर से उपचार करते समय, इलेक्ट्रिक मशीन के इलेक्ट्रोड पर 100 केवी का संभावित अंतर लगाया जाता है। निर्धारित करें कि एक उपचार प्रक्रिया के दौरान इलेक्ट्रोड के बीच कितना चार्ज गुजरता है, यदि यह ज्ञात है कि विद्युत क्षेत्र बल 1800 J का कार्य करता है।

यहाँ से

चिकित्सा में विद्युत द्विध्रुव

एंथोवेन के सिद्धांत के अनुसार, जो इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफी को रेखांकित करता है, हृदय एक समबाहु त्रिभुज (एंथोवेन त्रिकोण) के केंद्र में स्थित एक विद्युत द्विध्रुव है, जिसके शीर्षों को पारंपरिक रूप से माना जा सकता है

दाहिने हाथ, बाएँ हाथ और बाएँ पैर में स्थित है।

हृदय चक्र के दौरान, अंतरिक्ष में द्विध्रुव की स्थिति और द्विध्रुव क्षण दोनों बदल जाते हैं। एंथोवेन त्रिभुज के शीर्षों के बीच संभावित अंतर को मापने से हम त्रिभुज के किनारों पर हृदय के द्विध्रुवीय क्षण के अनुमानों के बीच संबंध को निम्नानुसार निर्धारित कर सकते हैं:

वोल्टेज यू एबी, यू बीसी, यू एसी को जानकर, आप यह निर्धारित कर सकते हैं कि द्विध्रुव त्रिभुज के किनारों के सापेक्ष कैसे उन्मुख है।

इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफी में, शरीर पर दो बिंदुओं (इस मामले में, एंथोवेन त्रिकोण के शीर्षों के बीच) के बीच संभावित अंतर को लीड कहा जाता है।

समय के आधार पर लीड में संभावित अंतर का पंजीकरण कहा जाता है इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम

हृदय चक्र के दौरान द्विध्रुव आघूर्ण वेक्टर के अंतिम बिंदुओं की ज्यामितीय स्थिति को कहा जाता है वेक्टर कार्डियोग्राम.

व्याख्यान संख्या 4

संपर्क घटना

1. संभावित अंतर से संपर्क करें. वोल्टा के नियम.

2. थर्मोइलेक्ट्रिसिटी।

3. थर्मोकपल, चिकित्सा में इसका उपयोग।

4. आराम की संभावना. कार्य क्षमता और उसका वितरण।

1. संभावित अंतर से संपर्क करें. वोल्टा के नियम.

जब असमान धातुएँ निकट संपर्क में आती हैं, तो उनके बीच एक संभावित अंतर उत्पन्न होता है, जो केवल उनकी रासायनिक संरचना और तापमान (वोल्टा का पहला नियम) पर निर्भर करता है। इस संभावित अंतर को संपर्क कहा जाता है।

धातु को छोड़ने और पर्यावरण में जाने के लिए, इलेक्ट्रॉन को धातु के प्रति आकर्षण बलों के विरुद्ध कार्य करना होगा। इस कार्य को धातु से निकलने वाले इलेक्ट्रॉन का कार्य फलन कहा जाता है।

आइए हम दो अलग-अलग धातुओं 1 और 2 को संपर्क में लाएं, जिनका कार्य फलन क्रमशः A 1 और A 2 है, और A 1 है।< 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 >ए 1). नतीजतन, धातुओं के संपर्क के माध्यम से, मुक्त इलेक्ट्रॉनों को पहली धातु से दूसरी धातु में "पंप" किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप पहली धातु सकारात्मक रूप से चार्ज होती है, दूसरी - नकारात्मक रूप से। इस मामले में उत्पन्न होने वाला संभावित अंतर तीव्रता ई का एक विद्युत क्षेत्र बनाता है, जिससे इलेक्ट्रॉनों को आगे "पंप करना" मुश्किल हो जाता है और जब संपर्क संभावित अंतर के कारण इलेक्ट्रॉन को स्थानांतरित करने का काम अंतर के बराबर हो जाता है तो यह पूरी तरह से बंद हो जाएगा। कार्य कार्य:

(1)

आइए अब हम A 1 = A 2 वाली दो धातुओं को संपर्क में लाएं, जिनमें मुक्त इलेक्ट्रॉनों की अलग-अलग सांद्रता n 01 > n 02 है। फिर पहली धातु से दूसरी धातु में मुक्त इलेक्ट्रॉनों का अधिमान्य स्थानांतरण शुरू हो जाएगा। परिणामस्वरूप, पहली धातु सकारात्मक रूप से चार्ज होगी, दूसरी - नकारात्मक। धातुओं के बीच एक संभावित अंतर उत्पन्न होगा, जो आगे इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण को रोक देगा। परिणामी संभावित अंतर अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित किया जाता है:

, (2)

जहाँ k बोल्ट्ज़मान स्थिरांक है।

धातुओं के बीच संपर्क के सामान्य मामले में जो कार्य फ़ंक्शन और मुक्त इलेक्ट्रॉनों की एकाग्रता दोनों में भिन्न होते हैं, सी.आर.पी. (1) और (2) से बराबर होगा:

(3)

यह दिखाना आसान है कि श्रृंखला से जुड़े कंडक्टरों के संपर्क संभावित अंतर का योग अंतिम कंडक्टरों द्वारा बनाए गए संपर्क संभावित अंतर के बराबर है और यह मध्यवर्ती कंडक्टरों पर निर्भर नहीं करता है:

इस स्थिति को वोल्टा का दूसरा नियम कहा जाता है।

यदि अब हम अंत कंडक्टरों को सीधे जोड़ते हैं, तो उनके बीच मौजूद संभावित अंतर की भरपाई संपर्क 1 और 4 में उत्पन्न होने वाले समान संभावित अंतर से होती है। इसलिए, सी.आर.पी. समान तापमान वाले धातु कंडक्टरों के बंद सर्किट में करंट पैदा नहीं करता है।

2. थर्मोइलेक्ट्रिसिटीतापमान पर संपर्क संभावित अंतर की निर्भरता है।

आइए दो असमान धातु कंडक्टरों 1 और 2 का एक बंद सर्किट बनाएं।

संपर्क a और b का तापमान अलग-अलग T a > T b द्वारा बनाए रखा जाएगा। फिर, सूत्र (3) के अनुसार, एफ.आर.पी. ठंडे जंक्शन की तुलना में गर्म जंक्शन में अधिक: . परिणामस्वरूप, जंक्शन ए और बी के बीच एक संभावित अंतर उत्पन्न होता है, जिसे थर्मोइलेक्ट्रोमोटिव बल कहा जाता है, और धारा I बंद सर्किट में प्रवाहित होगी। सूत्र (3) का उपयोग करके, हम प्राप्त करते हैं

कहाँ धातुओं की प्रत्येक जोड़ी के लिए.

1. थर्मोकपल, चिकित्सा में इसका उपयोग।

कंडक्टरों का एक बंद सर्किट जो कंडक्टरों के बीच संपर्क तापमान में अंतर के कारण करंट पैदा करता है, कहलाता है थर्मोकपल.

सूत्र (4) से यह निष्कर्ष निकलता है कि थर्मोकपल का थर्मोइलेक्ट्रोमोटिव बल जंक्शनों (संपर्कों) के तापमान अंतर के समानुपाती होता है।

फॉर्मूला (4) सेल्सियस पैमाने पर तापमान के लिए भी मान्य है:

एक थर्मोकपल केवल तापमान अंतर को माप सकता है। आमतौर पर एक जंक्शन को 0°C पर बनाए रखा जाता है। इसे शीत जंक्शन कहते हैं। दूसरे जंक्शन को गर्म या माप जंक्शन कहा जाता है।

पारा थर्मामीटर की तुलना में थर्मोकपल के महत्वपूर्ण फायदे हैं: यह संवेदनशील, जड़ता-मुक्त है, आपको छोटी वस्तुओं का तापमान मापने की अनुमति देता है, और दूरस्थ माप की अनुमति देता है।

मानव शरीर के तापमान क्षेत्र की रूपरेखा का मापन।

ऐसा माना जाता है कि मानव शरीर का तापमान स्थिर रहता है, लेकिन यह स्थिरता सापेक्ष है, क्योंकि शरीर के विभिन्न हिस्सों में तापमान समान नहीं होता है और शरीर की कार्यात्मक स्थिति के आधार पर भिन्न होता है।

त्वचा के तापमान की अपनी सुपरिभाषित स्थलाकृति होती है। सबसे कम तापमान (23-30º) दूरस्थ अंगों, नाक की नोक और कानों में पाया जाता है। सबसे अधिक तापमान बगल, पेरिनेम, गर्दन, होंठ, गालों में होता है। शेष क्षेत्रों का तापमान 31 - 33.5 ºС है।

एक स्वस्थ व्यक्ति में तापमान वितरण शरीर की मध्य रेखा के सापेक्ष सममित होता है। इस समरूपता का उल्लंघन संपर्क उपकरणों का उपयोग करके तापमान क्षेत्र प्रोफ़ाइल का निर्माण करके रोगों के निदान के लिए मुख्य मानदंड के रूप में कार्य करता है: एक थर्मोकपल और एक प्रतिरोध थर्मामीटर।

4. विराम विभव। कार्य क्षमता और उसका वितरण।

कोशिका की सतह झिल्ली विभिन्न आयनों के लिए समान रूप से पारगम्य नहीं होती है। इसके अलावा, किसी विशिष्ट आयन की सांद्रता झिल्ली के विभिन्न पक्षों पर भिन्न होती है, आयनों की सबसे अनुकूल संरचना कोशिका के अंदर बनी रहती है। ये कारक सामान्य रूप से कार्य करने वाली कोशिका में साइटोप्लाज्म और पर्यावरण (विश्राम क्षमता) के बीच संभावित अंतर की उपस्थिति का कारण बनते हैं।

उत्तेजित होने पर, कोशिका और पर्यावरण के बीच संभावित अंतर बदल जाता है, एक क्रिया क्षमता उत्पन्न होती है, जो तंत्रिका तंतुओं में फैलती है।

तंत्रिका फाइबर के साथ ऐक्शन पोटेंशिअल के प्रसार के तंत्र को दो-तार लाइन के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंग के प्रसार के अनुरूप माना जाता है। हालाँकि, इस सादृश्य के साथ-साथ मूलभूत अंतर भी हैं।

एक माध्यम में फैलने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंग कमजोर हो जाती है, क्योंकि इसकी ऊर्जा नष्ट हो जाती है, आणविक तापीय गति की ऊर्जा में बदल जाती है। विद्युत चुम्बकीय तरंग का ऊर्जा स्रोत इसका स्रोत है: जनरेटर, चिंगारी, आदि।

उत्तेजना तरंग का क्षय नहीं होता है, क्योंकि यह उसी माध्यम से ऊर्जा प्राप्त करती है जिसमें यह फैलती है (आवेशित झिल्ली की ऊर्जा)।

इस प्रकार, तंत्रिका फाइबर के साथ एक ऐक्शन पोटेंशिअल का प्रसार एक ऑटोवेव के रूप में होता है। सक्रिय वातावरण उत्तेजनशील कोशिकाएँ हैं।

समस्या समाधान के उदाहरण

1. मानव शरीर की सतह के तापमान क्षेत्र की प्रोफ़ाइल का निर्माण करते समय, r 1 = 4 ओम के प्रतिरोध के साथ एक थर्मोकपल और r 2 = 80 ओम के प्रतिरोध के साथ एक गैल्वेनोमीटर का उपयोग किया जाता है; I=26 µA जंक्शन तापमान अंतर पर ºС। थर्मोकपल स्थिरांक क्या है?

थर्मोकपल में उत्पन्न होने वाली थर्मोपावर बराबर होती है, जहां थर्मोकपल जंक्शनों के बीच तापमान का अंतर होता है।

ओम के नियम के अनुसार, सर्किट के एक भाग के लिए जहां U को लिया जाता है। तब

व्याख्यान क्रमांक 5

विद्युत चुंबकत्व

1. चुम्बकत्व की प्रकृति.

2. निर्वात में धाराओं की चुंबकीय अंतःक्रिया। एम्पीयर का नियम.

4. दीया-, पैरा- और लौहचुंबकीय पदार्थ। चुंबकीय पारगम्यता और चुंबकीय प्रेरण।

5. शरीर के ऊतकों के चुंबकीय गुण।

1. चुंबकत्व की प्रकृति.

गतिमान विद्युत आवेशों (धाराओं) के चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है, जिसके माध्यम से ये आवेश चुंबकीय या अन्य गतिमान विद्युत आवेशों के साथ परस्पर क्रिया करते हैं।

चुंबकीय क्षेत्र एक बल क्षेत्र है और इसे बल की चुंबकीय रेखाओं द्वारा दर्शाया जाता है। विद्युत क्षेत्र रेखाओं के विपरीत, चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ हमेशा बंद रहती हैं।

किसी पदार्थ के चुंबकीय गुण इस पदार्थ के परमाणुओं और अणुओं में प्राथमिक गोलाकार धाराओं के कारण होते हैं।

2 . निर्वात में धाराओं की चुंबकीय अंतःक्रिया। एम्पीयर का नियम.

चलती तार सर्किट का उपयोग करके धाराओं की चुंबकीय बातचीत का अध्ययन किया गया था। एम्पीयर ने स्थापित किया कि कंडक्टर 1 और 2 के दो छोटे खंडों के बीच धाराओं के साथ परस्पर क्रिया के बल का परिमाण इन खंडों की लंबाई, उनमें वर्तमान शक्तियों I 1 और I 2 के समानुपाती होता है और दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। आर अनुभागों के बीच:

यह पता चला कि दूसरे पर पहले खंड के प्रभाव का बल उनकी सापेक्ष स्थिति पर निर्भर करता है और कोणों की ज्याओं के समानुपाती होता है।

के साथ जुड़ने वाले त्रिज्या सदिश r 12 के बीच का कोण कहां है, और खंड तथा त्रिज्या सदिश r 12 वाले समतल Q के बीच और सामान्य n के बीच का कोण है।

(1) और (2) को मिलाकर और आनुपातिकता गुणांक k का परिचय देते हुए, हम एम्पीयर के नियम की गणितीय अभिव्यक्ति प्राप्त करते हैं:

(3)

बल की दिशा भी गिम्लेट के नियम द्वारा निर्धारित की जाती है: यह गिम्लेट के अनुवादकीय गति की दिशा से मेल खाती है, जिसका हैंडल सामान्य n 1 से घूमता है।

एक वर्तमान तत्व एक वेक्टर है जो कंडक्टर की लंबाई डीएल और इसमें वर्तमान शक्ति I के एक असीम छोटे खंड के उत्पाद आईडीएल के परिमाण के बराबर होता है और इस धारा के साथ निर्देशित होता है। फिर, (3) को छोटे से असीम रूप से छोटे डीएल में बदलते हुए, हम एम्पीयर के नियम को विभेदक रूप में लिख सकते हैं:

. (4)

गुणांक k को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है

चुंबकीय स्थिरांक (या निर्वात की चुंबकीय पारगम्यता) कहां है।

(5) और (4) को ध्यान में रखते हुए युक्तिकरण का मूल्य फॉर्म में लिखा जाएगा

. (6)

3 . चुंबकीय क्षेत्र की ताकत। एम्पीयर सूत्र. बायोट-सावर्ट-लाप्लास कानून.

चूँकि विद्युत धाराएँ अपने चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करती हैं, चुंबकीय क्षेत्र की मात्रात्मक विशेषता इस अंतःक्रिया के आधार पर स्थापित की जा सकती है - एम्पीयर का नियम। ऐसा करने के लिए, हम कंडक्टर एल को वर्तमान I के साथ कई प्राथमिक खंडों dl में विभाजित करते हैं। यह अंतरिक्ष में एक क्षेत्र बनाता है।

इस क्षेत्र के बिंदु O पर, dl से दूरी r पर स्थित, हम I 0 dl 0 रखते हैं। फिर, एम्पीयर के नियम (6) के अनुसार, यह तत्व बल से प्रभावित होगा

(7)

खंड dl (एक क्षेत्र बनाना) में वर्तमान I की दिशा और त्रिज्या वेक्टर r की दिशा के बीच का कोण कहां है, और वर्तमान I 0 dl 0 की दिशा और विमान के सामान्य n के बीच का कोण है क्यू युक्त डीएल और आर।

सूत्र (7) में, हम उस भाग का चयन करते हैं जो वर्तमान तत्व I 0 dl 0 पर निर्भर नहीं करता है, इसे dH के रूप में दर्शाते हैं:

बायोट-सावर्ट-लाप्लास कानून (8)

डीएच का मान केवल वर्तमान तत्व आईडीएल पर निर्भर करता है, जो एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, और बिंदु ओ की स्थिति पर।

मान dH चुंबकीय क्षेत्र की एक मात्रात्मक विशेषता है और इसे चुंबकीय क्षेत्र की ताकत कहा जाता है। (8) को (7) में प्रतिस्थापित करने पर, हमें प्राप्त होता है

धारा I 0 की दिशा और चुंबकीय क्षेत्र dH के बीच का कोण कहां है। सूत्र (9) को एम्पीयर सूत्र कहा जाता है और यह उस बल की निर्भरता को व्यक्त करता है जिसके साथ चुंबकीय क्षेत्र इस क्षेत्र की ताकत पर इसमें स्थित वर्तमान तत्व I 0 dl 0 पर कार्य करता है। यह बल Q तल में dl 0 के लंबवत स्थित है। इसकी दिशा "बाएँ हाथ के नियम" से निर्धारित होती है।

मान लीजिए कि (9) =90º, हमें मिलता है:

वे। चुंबकीय क्षेत्र की ताकत क्षेत्र की बल रेखा की ओर स्पर्शरेखीय रूप से निर्देशित होती है, और परिमाण में यह उस बल के अनुपात के बराबर होता है जिसके साथ क्षेत्र एक इकाई वर्तमान तत्व पर चुंबकीय स्थिरांक पर कार्य करता है।

4 . प्रतिचुंबकीय, अनुचुंबकीय और लौहचुंबकीय पदार्थ। चुंबकीय पारगम्यता और चुंबकीय प्रेरण।

चुंबकीय क्षेत्र में रखे गए सभी पदार्थ चुंबकीय गुण प्राप्त कर लेते हैं, अर्थात। चुम्बकित होते हैं और इसलिए बाहरी क्षेत्र को बदल देते हैं। इस मामले में, कुछ पदार्थ बाहरी क्षेत्र को कमजोर करते हैं, जबकि अन्य इसे मजबूत करते हैं। पहले वालों को बुलाया जाता है प्रति-चुंबकीय, दूसरा - अनुचुंबकीयपदार्थ. अनुचुंबकों के बीच, पदार्थों का एक समूह तेजी से सामने आता है, जिससे बाहरी क्षेत्र में बहुत बड़ी वृद्धि होती है। यह लौह चुम्बक.

प्रतिचुम्बक- फास्फोरस, सल्फर, सोना, चांदी, तांबा, पानी, कार्बनिक यौगिक।

अनुचुम्बक- ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, एल्यूमीनियम, टंगस्टन, प्लैटिनम, क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुएँ।

लौह चुम्बक- लोहा, निकल, कोबाल्ट, उनकी मिश्रधातुएँ।

इलेक्ट्रॉनों के कक्षीय और स्पिन चुंबकीय क्षण और नाभिक के आंतरिक चुंबकीय क्षण का ज्यामितीय योग किसी पदार्थ के परमाणु (अणु) का चुंबकीय क्षण बनाता है।

प्रतिचुंबकीय पदार्थों में, एक परमाणु (अणु) का कुल चुंबकीय क्षण शून्य होता है, क्योंकि चुंबकीय क्षण एक दूसरे को रद्द कर देते हैं। हालाँकि, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में, इन परमाणुओं में एक चुंबकीय क्षण प्रेरित होता है, जो बाहरी क्षेत्र के विपरीत दिशा में निर्देशित होता है। परिणामस्वरूप, प्रतिचुंबकीय माध्यम चुम्बकित हो जाता है और अपना स्वयं का चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, जो बाहरी के विपरीत दिशा में निर्देशित होता है और इसे कमजोर कर देता है।

प्रतिचुंबकीय परमाणुओं के प्रेरित चुंबकीय क्षण तब तक संरक्षित रहते हैं जब तक कोई बाहरी चुंबकीय क्षेत्र मौजूद रहता है। जब बाहरी क्षेत्र समाप्त हो जाता है, तो परमाणुओं के प्रेरित चुंबकीय क्षण गायब हो जाते हैं और प्रतिचुंबक विचुंबकित हो जाता है।

पैरामैग्नेटिक परमाणुओं में, कक्षीय, स्पिन और परमाणु क्षण एक दूसरे की क्षतिपूर्ति नहीं करते हैं। हालाँकि, परमाणु चुंबकीय क्षणों को यादृच्छिक रूप से व्यवस्थित किया जाता है, इसलिए अनुचुंबकीय माध्यम चुंबकीय गुण प्रदर्शित नहीं करता है। एक बाहरी क्षेत्र अनुचुंबकीय परमाणुओं को घुमाता है ताकि उनके चुंबकीय क्षण मुख्य रूप से क्षेत्र की दिशा में स्थापित हो जाएं। परिणामस्वरूप, अनुचुंबकीय पदार्थ चुम्बकित हो जाता है और अपना स्वयं का चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, बाहरी के साथ मेल खाता है और इसे बढ़ाता है।

(4), माध्यम की पूर्ण चुंबकीय पारगम्यता कहां है। निर्वात में =1, , और

लौहचुंबक में ऐसे क्षेत्र (~10 -2 सेमी) होते हैं जिनके परमाणुओं के चुंबकीय क्षण समान रूप से उन्मुख होते हैं। हालाँकि, डोमेन का अभिविन्यास स्वयं भिन्न है। इसलिए, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में लौहचुम्बक चुम्बकित नहीं होता है।

बाहरी क्षेत्र की उपस्थिति के साथ, इस क्षेत्र की दिशा में उन्मुख डोमेन पड़ोसी डोमेन के चुंबकीय क्षण के विभिन्न अभिविन्यास के कारण मात्रा में वृद्धि करना शुरू कर देते हैं; लौहचुम्बक चुम्बकित हो जाता है। पर्याप्त रूप से मजबूत क्षेत्र के साथ, सभी डोमेन को क्षेत्र के साथ पुन: उन्मुख किया जाता है, और फेरोमैग्नेट को जल्दी से संतृप्ति के लिए चुंबकित किया जाता है।

जब बाहरी क्षेत्र समाप्त हो जाता है, तो लौहचुंबक पूरी तरह से विचुंबकित नहीं होता है, लेकिन अवशिष्ट चुंबकीय प्रेरण को बरकरार रखता है, क्योंकि थर्मल गति डोमेन को भटका नहीं सकती है। विचुंबकीकरण को गर्म करने, हिलाने या रिवर्स फ़ील्ड लगाने से प्राप्त किया जा सकता है।

क्यूरी बिंदु के बराबर तापमान पर, थर्मल गति डोमेन में परमाणुओं को भटकाने में सक्षम होती है, जिसके परिणामस्वरूप लौहचुंबक एक पैरामैग्नेट में बदल जाता है।

एक निश्चित सतह S के माध्यम से चुंबकीय प्रेरण का प्रवाह इस सतह में प्रवेश करने वाली प्रेरण लाइनों की संख्या के बराबर है:

(5)

माप की इकाई बी - टेस्ला, एफ-वेबर।

चालन इलेक्ट्रॉन प्रशंसनीय मात्रा में धातु को अनायास नहीं छोड़ते हैं। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि धातु उनके लिए एक संभावित छेद का प्रतिनिधित्व करता है। केवल वे इलेक्ट्रॉन जिनकी ऊर्जा सतह पर मौजूद संभावित अवरोध को दूर करने के लिए पर्याप्त है, धातु को छोड़ने में सक्षम हैं। इस अवरोध को उत्पन्न करने वाली शक्तियों की उत्पत्ति निम्नलिखित है। जाली के सकारात्मक आयनों की बाहरी परत से एक इलेक्ट्रॉन को यादृच्छिक रूप से हटाने के परिणामस्वरूप उस स्थान पर एक अतिरिक्त सकारात्मक चार्ज दिखाई देता है जहां इलेक्ट्रॉन छोड़ा गया था।

इस आवेश के साथ कूलम्ब की अंतःक्रिया इलेक्ट्रॉन को, जिसकी गति बहुत अधिक नहीं है, वापस लौटने का कारण बनती है। इस प्रकार, अलग-अलग इलेक्ट्रॉन लगातार धातु की सतह को छोड़ते हैं, उससे कई अंतर-परमाणु दूरियों तक दूर चले जाते हैं और फिर वापस लौट आते हैं। परिणामस्वरूप, धातु इलेक्ट्रॉनों के एक पतले बादल से घिरी रहती है। यह बादल, आयनों की बाहरी परत के साथ मिलकर एक विद्युत दोहरी परत बनाता है (चित्र 60.1; वृत्त - आयन, काले बिंदु - इलेक्ट्रॉन)। ऐसी परत में इलेक्ट्रॉन पर कार्य करने वाले बल धातु के अंदर निर्देशित होते हैं।

किसी इलेक्ट्रॉन को धातु से बाहर की ओर स्थानांतरित करते समय इन बलों के विरुद्ध किया गया कार्य इलेक्ट्रॉन की स्थितिज ऊर्जा में वृद्धि नहीं करता है

इस प्रकार, धातु के अंदर वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की संभावित ऊर्जा संभावित कुएं की गहराई के बराबर मात्रा में धातु के बाहर से कम होती है (चित्र 60.2)। ऊर्जा परिवर्तन कई अंतरपरमाणु दूरियों के क्रम की लंबाई में होता है, इसलिए कुएं की दीवारों को ऊर्ध्वाधर माना जा सकता है।

एक इलेक्ट्रॉन की संभावित ऊर्जा और उस बिंदु की क्षमता जिस पर इलेक्ट्रॉन स्थित है, विपरीत संकेत हैं। इससे पता चलता है कि धातु के अंदर की क्षमता उसकी सतह के तत्काल आसपास की क्षमता से अधिक है (संक्षिप्तता के लिए हम बस इसे "सतह पर" कहेंगे)

धातु को अतिरिक्त धनात्मक आवेश देने से सतह और धातु के अंदर दोनों की क्षमता बढ़ जाती है। इलेक्ट्रॉन की स्थितिज ऊर्जा तदनुसार घटती जाती है (चित्र 60.3, ए)।

आइए याद रखें कि अनंत पर संभावित और संभावित ऊर्जा के मूल्यों को संदर्भ बिंदु के रूप में लिया जाता है। ऋणात्मक आवेश का संदेश धातु के अंदर और बाहर की क्षमता को कम कर देता है। तदनुसार, इलेक्ट्रॉन की संभावित ऊर्जा बढ़ जाती है (चित्र 60.3, बी)।

किसी धातु में एक इलेक्ट्रॉन की कुल ऊर्जा स्थितिज और गतिज ऊर्जा का योग होती है। § 51 में यह पाया गया कि पूर्ण शून्य पर चालन इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा का मान शून्य से लेकर फर्मी स्तर के साथ मेल खाने वाली ऊर्जा ईमैक्स तक होता है। चित्र में. 60.4, चालन बैंड के ऊर्जा स्तर संभावित कुएं में अंकित हैं (बिंदीदार रेखा खाली स्तरों को दिखाती है)। धातु से निकाले जाने के लिए, विभिन्न इलेक्ट्रॉनों को अलग-अलग ऊर्जाएँ दी जानी चाहिए।

इस प्रकार, चालन बैंड के निम्नतम स्तर पर स्थित एक इलेक्ट्रॉन को ऊर्जा दी जानी चाहिए; फर्मी स्तर पर स्थित एक इलेक्ट्रॉन के लिए, ऊर्जा पर्याप्त है

किसी ठोस या तरल से निर्वात में निकालने के लिए एक इलेक्ट्रॉन को जो न्यूनतम ऊर्जा प्रदान की जानी चाहिए, उसे कार्य फलन कहा जाता है। कार्य फ़ंक्शन को आमतौर पर इससे दर्शाया जाता है जहां Ф एक मात्रा है जिसे आउटपुट क्षमता कहा जाता है।

उपरोक्त के अनुसार किसी धातु से इलेक्ट्रॉन का कार्य फलन अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित होता है

हमने यह अभिव्यक्ति इस धारणा के तहत प्राप्त की है कि धातु का तापमान 0 K है। अन्य तापमानों पर, कार्य फ़ंक्शन को संभावित कुएं की गहराई और फर्मी स्तर के बीच अंतर के रूप में भी निर्धारित किया जाता है, अर्थात, परिभाषा (60.1) को किसी भी तक बढ़ाया जाता है तापमान। यही परिभाषा अर्धचालकों पर भी लागू होती है।

फर्मी स्तर तापमान पर निर्भर करता है (सूत्र देखें (52.10))। इसके अलावा, थर्मल विस्तार के कारण परमाणुओं के बीच औसत दूरी में परिवर्तन के कारण, संभावित कुएं की गहराई में थोड़ा बदलाव होता है। इससे यह तथ्य सामने आता है कि कार्य फ़ंक्शन तापमान पर थोड़ा निर्भर होता है।

कार्य फ़ंक्शन धातु की सतह की स्थिति, विशेष रूप से इसकी सफाई के प्रति बहुत संवेदनशील है। उचित सतह कोटिंग का चयन करके, कार्य फ़ंक्शन को काफी कम किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, टंगस्टन की सतह पर क्षारीय पृथ्वी धातु ऑक्साइड (Ca, Sr, Ba) की एक परत लगाने से कार्य फ़ंक्शन 4.5 eV (शुद्ध W के लिए) से 1.5-2 तक कम हो जाता है।

धातुओं में चालन इलेक्ट्रॉन होते हैं जो इलेक्ट्रॉन गैस बनाते हैं और तापीय गति में भाग लेते हैं। चूंकि चालन इलेक्ट्रॉनों को धातु के अंदर रखा जाता है, इसलिए, सतह के पास इलेक्ट्रॉनों पर कार्य करने वाले बल होते हैं और धातु की ओर निर्देशित होते हैं। किसी इलेक्ट्रॉन को धातु से उसकी सीमा से परे छोड़ने के लिए, इन बलों के विरुद्ध एक निश्चित मात्रा में कार्य A करना होगा, जिसे धातु से इलेक्ट्रॉन छोड़ने का कार्य कहा जाता है। बेशक, यह काम अलग-अलग धातुओं के लिए अलग-अलग है।

किसी धातु के अंदर एक इलेक्ट्रॉन की स्थितिज ऊर्जा स्थिर और बराबर होती है:

Wp = -eφ, जहां j धातु के अंदर विद्युत क्षेत्र की क्षमता है।

21. संभावित अंतर से संपर्क करें - यह कंडक्टरों के बीच संभावित अंतर है जो तब होता है जब समान तापमान वाले दो अलग-अलग कंडक्टर संपर्क में आते हैं।

जब अलग-अलग कार्य फ़ंक्शन वाले दो कंडक्टर संपर्क में आते हैं, तो कंडक्टरों पर विद्युत आवेश दिखाई देते हैं। और उनके मुक्त सिरों के बीच एक संभावित अंतर है। चालकों के बाहर, उनकी सतह के पास स्थित बिंदुओं के बीच संभावित अंतर को संपर्क संभावित अंतर कहा जाता है। चूंकि कंडक्टर एक ही तापमान पर होते हैं, लागू वोल्टेज की अनुपस्थिति में क्षेत्र केवल सीमा परतों (वोल्टा के नियम) में मौजूद हो सकता है। एक आंतरिक संभावित अंतर होता है (जब धातुएं संपर्क में आती हैं) और एक बाहरी (अंतराल में)। बाहरी संपर्क संभावित अंतर का मान इलेक्ट्रॉन चार्ज से संबंधित कार्य कार्यों में अंतर के बराबर है। यदि कंडक्टर एक रिंग में जुड़े हुए हैं, तो रिंग में ईएमएफ 0 होगा। धातुओं के विभिन्न जोड़े के लिए, संपर्क संभावित अंतर का मान एक वोल्ट के दसवें हिस्से से लेकर कुछ वोल्ट तक होता है।

थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर का संचालन थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव के उपयोग पर आधारित है, जिसका सार इस तथ्य में निहित है कि जब दो अलग-अलग धातुओं के जंक्शन (जंक्शन) को उनके मुक्त सिरों के बीच गर्म किया जाता है, जिनका तापमान कम होता है, तो एक संभावित मतभेद उत्पन्न होता है, या तथाकथित थर्मोइलेक्ट्रोमोटिव बल (थर्मो-ईएमएफ)। यदि ऐसा थर्मोएलिमेंट (थर्मोकपल) बाहरी प्रतिरोध से जुड़ा है, तो सर्किट के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह प्रवाहित होगा (चित्र 1)। इस प्रकार, थर्मोइलेक्ट्रिक घटना में, थर्मल ऊर्जा का विद्युत ऊर्जा में सीधा रूपांतरण होता है।

थर्मोइलेक्ट्रोमोटिव बल का मान लगभग सूत्र E = a (T1 - T2) द्वारा निर्धारित किया जाता है।

22. एक चुंबकीय क्षेत्र - गतिमान विद्युत आवेशों और चुंबकीय क्षण वाले पिंडों पर कार्य करने वाला एक बल क्षेत्र, उनकी गति की स्थिति की परवाह किए बिना; विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का चुंबकीय घटक

मूविंग चार्ज क्यू, अपने चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, जिसका प्रेरण

इलेक्ट्रॉन वेग कहां है, इलेक्ट्रॉन से क्षेत्र के दिए गए बिंदु तक की दूरी है, μ माध्यम की सापेक्ष चुंबकीय पारगम्यता है, μ 0 = 4π ·10 -7 जीएन/एम– चुंबकीय स्थिरांक.

चुंबकीय प्रेरण- वेक्टर मात्रा, जो अंतरिक्ष में किसी दिए गए बिंदु पर चुंबकीय क्षेत्र (आवेशित कणों पर इसकी क्रिया) की एक बल विशेषता है। वह बल निर्धारित करता है जिसके साथ चुंबकीय क्षेत्र गति से चलते आवेश पर कार्य करता है।

अधिक विशेष रूप से, एक ऐसा वेक्टर है जिसमें गति से चलने वाले आवेश पर चुंबकीय क्षेत्र की ओर से कार्य करने वाला लोरेंत्ज़ बल बराबर होता है

23. बायोट-सावर्ट-लाप्लास कानून के अनुसार समोच्च तत्व डेली, जिससे करंट प्रवाहित होता है मैं, अपने चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, जिसका प्रेरण एक निश्चित बिंदु पर होता है क

बिंदु से दूरी कहां है कवर्तमान तत्व के लिए डेली, α - त्रिज्या वेक्टर और वर्तमान तत्व के बीच का कोण डेली.

वेक्टर की दिशा इसके द्वारा ज्ञात की जा सकती है मैक्सवेल का नियम(जिम्लेट): यदि आप कंडक्टर तत्व में करंट की दिशा में दाहिने हाथ के धागे के साथ गिम्लेट को पेंच करते हैं, तो गिम्लेट हैंडल की गति की दिशा चुंबकीय प्रेरण वेक्टर की दिशा को इंगित करेगी।

बायोट-सावर्ट-लाप्लास नियम को विभिन्न प्रकार की आकृतियों पर लागू करने पर, हम प्राप्त करते हैं:

· त्रिज्या के वृत्ताकार मोड़ के केंद्र में आरवर्तमान ताकत के साथ मैंचुंबकीय प्रेरण

वृत्ताकार धारा के अक्ष पर चुंबकीय प्रेरण कहाँ एउस बिंदु से दूरी है जहाँ आप खोज रहे हैं बीवृत्ताकार धारा के तल पर,

दूरी पर एक अनंत लंबे धारावाही कंडक्टर द्वारा बनाया गया क्षेत्र आरकंडक्टर से

दूरी पर परिमित लंबाई के एक चालक द्वारा बनाया गया क्षेत्र आरकंडक्टर से (चित्र 15)

एक टोरॉयड या एक असीम रूप से लंबे सोलनॉइड के अंदर का क्षेत्र एन- सोलनॉइड (टोरॉइड) की प्रति इकाई लंबाई में घुमावों की संख्या

चुंबकीय प्रेरण वेक्टर संबंध द्वारा चुंबकीय क्षेत्र की ताकत से संबंधित है

वॉल्यूमेट्रिक ऊर्जा घनत्वचुंबकीय क्षेत्र:

25 प्रेरण के साथ चुंबकीय क्षेत्र में घूम रहे एक आवेशित कण पर बीगति के साथ υ , चुंबकीय क्षेत्र से एक बल उत्पन्न होता है जिसे कहा जाता है लोरेंत्ज़ बल

और इस बल का मापांक बराबर है .

लोरेंत्ज़ बल की दिशा किसके द्वारा निर्धारित की जा सकती है? बाएँ हाथ का नियम: यदि आप अपना बायां हाथ रखते हैं ताकि गति के लंबवत प्रेरण वेक्टर का घटक हथेली में प्रवेश कर सके, और चार उंगलियां सकारात्मक चार्ज की गति की गति की दिशा में (या गति की दिशा के विपरीत) स्थित हों ऋणात्मक आवेश), तो मुड़ा हुआ अंगूठा लोरेंत्ज़ बल की दिशा का संकेत देगा

26 .चक्रीय आवेशित कण त्वरक का संचालन सिद्धांत।

चुंबकीय क्षेत्र में आवेशित कण की घूर्णन अवधि टी की स्वतंत्रता का उपयोग अमेरिकी वैज्ञानिक लॉरेंस द्वारा साइक्लोट्रॉन - एक आवेशित कण त्वरक के विचार में किया गया था।

साइक्लोट्रॉनइसमें दो डीज़ डी 1 और डी 2 शामिल हैं - एक उच्च वैक्यूम में रखे गए खोखले धातु के आधे सिलेंडर। डीज़ के बीच के अंतराल में एक त्वरित विद्युत क्षेत्र निर्मित होता है। इस अंतराल में प्रवेश करने वाला एक आवेशित कण अपनी गति बढ़ा देता है और आधे सिलेंडर (डी) के स्थान में उड़ जाता है। डीज़ को एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में रखा गया है, और डी के अंदर कण का प्रक्षेप पथ एक वृत्त में घुमावदार होगा। जब कण दूसरी बार डीज़ के बीच के अंतराल में प्रवेश करता है, तो विद्युत क्षेत्र की ध्रुवीयता बदल जाती है और यह फिर से तेज हो जाता है। गति में वृद्धि प्रक्षेपवक्र की त्रिज्या में वृद्धि के साथ होती है। व्यवहार में, आवृत्ति ν= 1/T=(B/2π)(q/m) के साथ डीज़ पर एक वैकल्पिक क्षेत्र लागू किया जाता है। विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में डीज़ के बीच के अंतराल में कण की गति हर बार बढ़ती है।

27.एम्पीयर शक्ति धारा प्रवाहित करने वाले किसी चालक पर लगने वाला बल है मैंएक चुंबकीय क्षेत्र में स्थित है

Δ एल- कंडक्टर की लंबाई, और दिशा चालक में धारा की दिशा से मेल खाता है।

एम्पीयर पावर मॉड्यूल: .

धाराओं के साथ दो समानांतर अनंत लंबे सीधे कंडक्टर मैं 1और मैं 2एक दूसरे के साथ बलपूर्वक बातचीत करें

कहाँ एल- कंडक्टर अनुभाग की लंबाई, आर- कंडक्टरों के बीच की दूरी.

28. समानांतर धाराओं की परस्पर क्रिया - एम्पीयर का नियम

अब आप दो समानांतर धाराओं के बीच परस्पर क्रिया के बल की गणना के लिए एक सूत्र आसानी से प्राप्त कर सकते हैं।

तो, दो लंबे सीधे समानांतर कंडक्टर (छवि 440) के माध्यम से, एक दूसरे से दूरी आर पर स्थित (जो कि कंडक्टर की लंबाई से कई गुना कम है), प्रत्यक्ष धाराएं I 1, I 2 प्रवाहित होती हैं।

क्षेत्र सिद्धांत के अनुसार, कंडक्टरों की परस्पर क्रिया को इस प्रकार समझाया गया है: पहले कंडक्टर में विद्युत प्रवाह एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है जो दूसरे कंडक्टर में विद्युत प्रवाह के साथ संपर्क करता है। पहले कंडक्टर पर कार्य करने वाले बल के उद्भव की व्याख्या करने के लिए, कंडक्टरों की "भूमिकाओं को बदलना" आवश्यक है: दूसरा एक क्षेत्र बनाता है जो पहले पर कार्य करता है। मानसिक रूप से दाएं पेंच को घुमाएं, अपने बाएं हाथ से घुमाएं (या क्रॉस उत्पाद का उपयोग करें) और सुनिश्चित करें कि जब धाराएं एक दिशा में बहती हैं, तो कंडक्टर आकर्षित होते हैं, और जब धाराएं विपरीत दिशाओं में बहती हैं, तो कंडक्टर पीछे हट जाते हैं1।

इस प्रकार, दूसरे कंडक्टर की लंबाई Δl के एक खंड पर कार्य करने वाला बल एम्पीयर बल है, यह बराबर है

जहां B1 पहले कंडक्टर द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र का प्रेरण है। इस सूत्र को लिखते समय यह ध्यान में रखा जाता है कि प्रेरण वेक्टर B1 दूसरे कंडक्टर के लंबवत है। पहले कंडक्टर में दूसरे के स्थान पर प्रत्यक्ष धारा द्वारा निर्मित क्षेत्र का प्रेरण बराबर होता है

सूत्र (1), (2) से यह निष्कर्ष निकलता है कि दूसरे कंडक्टर के चयनित खंड पर कार्य करने वाला बल बराबर है

29. चुंबकीय क्षेत्र में विद्युत धारा वाली एक कुंडली।

यदि आप किसी चुंबकीय क्षेत्र में कोई चालक नहीं, बल्कि धारा युक्त एक कुंडल (या कुंडल) रखते हैं और इसे लंबवत रखते हैं, तो कुंडल के ऊपरी और निचले किनारों पर बाएं हाथ के नियम को लागू करने पर, हम पाते हैं कि विद्युत चुम्बकीय बल एफ उन पर कार्रवाई अलग-अलग दिशाओं में निर्देशित की जाएगी। इन दो बलों की कार्रवाई के परिणामस्वरूप, एक विद्युत चुम्बकीय टोक़ एम उत्पन्न होता है, जो इस मामले में कुंडल को दक्षिणावर्त घुमाएगा। इस पल

जहाँ D कुंडली के किनारों के बीच की दूरी है।

कुंडली चुंबकीय क्षेत्र में तब तक घूमती रहेगी जब तक यह चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के लंबवत स्थिति नहीं ले लेती (चित्र 50, बी)। इस स्थिति में, सबसे बड़ा चुंबकीय प्रवाह कुंडल से होकर गुजरेगा। नतीजतन, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में प्रवाहित धारा वाला एक कुंडल या कुंडल हमेशा ऐसी स्थिति लेता है कि अधिकतम संभव चुंबकीय प्रवाह कुंडल से होकर गुजरता है।

चुंबकीय क्षण, चुंबकीय द्विध्रुव क्षण- किसी पदार्थ के चुंबकीय गुणों को दर्शाने वाली मुख्य मात्रा (विद्युत चुम्बकीय घटना के शास्त्रीय सिद्धांत के अनुसार चुंबकत्व का स्रोत, विद्युत मैक्रो- और माइक्रोक्यूरेंट्स है; एक बंद धारा को चुंबकत्व का प्राथमिक स्रोत माना जाता है)। प्राथमिक कणों, परमाणु नाभिक और परमाणुओं और अणुओं के इलेक्ट्रॉनिक कोशों में एक चुंबकीय क्षण होता है। प्राथमिक कणों (इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और अन्य) का चुंबकीय क्षण, जैसा कि क्वांटम यांत्रिकी द्वारा दिखाया गया है, उनके स्वयं के यांत्रिक क्षण - स्पिन के अस्तित्व के कारण है।

30. चुंबकीय प्रवाह - एक अपरिमित क्षेत्र dS से गुजरने वाली बल रेखाओं के फ्लक्स घनत्व के बराबर एक भौतिक मात्रा। प्रवाह एफ इनचुंबकीय प्रेरण वेक्टर के अभिन्न अंग के रूप में मेंएक परिमित सतह के माध्यम से एस सतह पर एक अभिन्न के माध्यम से निर्धारित किया जाता है।

31. किसी विद्युत धारावाही चालक को चुंबकीय क्षेत्र में घुमाने का कार्य

आइए स्थिर तारों और उनके साथ सरकने वाले l लंबाई के एक जंगम जम्पर द्वारा निर्मित एक विद्युत धारा-वाहक सर्किट पर विचार करें (चित्र 2.17)। यह सर्किट सर्किट के तल के लंबवत एक बाहरी समान चुंबकीय क्षेत्र में स्थित है।

लंबाई l के एक वर्तमान तत्व I (गतिशील तार) पर दाईं ओर निर्देशित एम्पीयर बल द्वारा कार्य किया जाता है:

मान लीजिए कि चालक l अपने समानांतर दूरी dx पर चलता है। यह निम्नलिखित कार्य करेगा:

dA=Fdx=IBldx=IBdS=IdФ

चलते समय किसी चालक द्वारा धारा पर किया गया कार्य संख्यात्मक रूप से इस चालक द्वारा पार किए गए धारा और चुंबकीय प्रवाह के उत्पाद के बराबर होता है।

यदि किसी भी आकार का कंडक्टर चुंबकीय प्रेरण वेक्टर की रेखाओं के किसी भी कोण पर चलता है तो सूत्र मान्य रहता है।

32. पदार्थ का चुम्बकत्व . स्थायी चुम्बक अपेक्षाकृत कुछ ही पदार्थों से बनाए जा सकते हैं, लेकिन चुंबकीय क्षेत्र में रखे गए सभी पदार्थ चुम्बकित होते हैं, यानी वे स्वयं चुंबकीय क्षेत्र के स्रोत बन जाते हैं। परिणामस्वरूप, पदार्थ की उपस्थिति में चुंबकीय प्रेरण वेक्टर निर्वात में चुंबकीय प्रेरण वेक्टर से भिन्न होता है।

किसी परमाणु का चुंबकीय क्षण उसकी संरचना में शामिल इलेक्ट्रॉनों के कक्षीय और आंतरिक क्षणों के साथ-साथ नाभिक के चुंबकीय क्षण से बना होता है (जो नाभिक में शामिल प्राथमिक कणों - प्रोटॉन और के चुंबकीय क्षणों से निर्धारित होता है) न्यूट्रॉन)। नाभिक का चुंबकीय क्षण इलेक्ट्रॉनों के क्षण से बहुत छोटा होता है; इसलिए, कई मुद्दों पर विचार करते समय, इसे उपेक्षित किया जा सकता है और यह माना जा सकता है कि परमाणु का चुंबकीय क्षण इलेक्ट्रॉनों के चुंबकीय क्षणों के वेक्टर योग के बराबर है। किसी अणु का चुंबकीय क्षण उसकी संरचना में शामिल इलेक्ट्रॉनों के चुंबकीय क्षणों के योग के बराबर भी माना जा सकता है।

इस प्रकार, एक परमाणु एक जटिल चुंबकीय प्रणाली है, और समग्र रूप से परमाणु का चुंबकीय क्षण सभी इलेक्ट्रॉनों के चुंबकीय क्षणों के वेक्टर योग के बराबर है

आकर्षणविद्याऔर ऐसे पदार्थ कहलाते हैं जिन्हें बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में चुम्बकित किया जा सकता है, अर्थात। अपना स्वयं का चुंबकीय क्षेत्र बनाने में सक्षम। पदार्थों का आंतरिक क्षेत्र उनके परमाणुओं के चुंबकीय गुणों पर निर्भर करता है। इस अर्थ में, चुंबक डाइलेक्ट्रिक्स के चुंबकीय एनालॉग हैं।

शास्त्रीय अवधारणाओं के अनुसार, एक परमाणु में सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए नाभिक के चारों ओर कक्षाओं में घूमने वाले इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिसमें बदले में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं।

सभी पदार्थ चुंबकीय हैं, अर्थात्। सभी पदार्थ बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में चुम्बकित होते हैं, लेकिन चुम्बकत्व की प्रकृति और डिग्री अलग-अलग होती है। इसके आधार पर, सभी चुम्बकों को तीन प्रकारों में विभाजित किया जाता है: 1) प्रतिचुंबकीय; 2) अनुचुम्बकीय सामग्री; 3) लौह चुम्बक।

प्रतिचुम्बक. - इनमें कई धातुएँ (उदाहरण के लिए, तांबा, जस्ता, चांदी, पारा, बिस्मथ), अधिकांश गैसें, फॉस्फोरस, सल्फर, क्वार्ट्ज, पानी, अधिकांश कार्बनिक यौगिक आदि शामिल हैं।

प्रतिचुम्बक की विशेषता निम्नलिखित गुणों से होती है:

2) इसका अपना चुंबकीय क्षेत्र बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के विरुद्ध निर्देशित होता है और इसे थोड़ा कमजोर कर देता है (एम<1);

3) कोई अवशिष्ट चुंबकत्व नहीं है (बाहरी क्षेत्र हटा दिए जाने के बाद प्रतिचुंबकीय का अपना चुंबकीय क्षेत्र गायब हो जाता है)।

पहले दो गुणों से संकेत मिलता है कि प्रतिचुंबकीय सामग्रियों की सापेक्ष चुंबकीय पारगम्यता m केवल 1 से थोड़ा कम है। उदाहरण के लिए, प्रतिचुंबकीय सामग्रियों में सबसे मजबूत, बिस्मथ, का m = 0.999824 है।

अनुचुम्बक- इनमें क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुएं, एल्यूमीनियम, टंगस्टन, प्लैटिनम, ऑक्सीजन आदि शामिल हैं।

पैरामैग्नेटिक सामग्रियों की विशेषता निम्नलिखित गुणों से होती है:

1) बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में बहुत कमजोर चुंबकत्व;

2) स्वयं का चुंबकीय क्षेत्र बाहरी के साथ निर्देशित होता है और इसे थोड़ा बढ़ाता है (एम>1);

3) कोई अवशिष्ट चुंबकत्व नहीं है।

पहले दो गुणों से यह पता चलता है कि m का मान 1 से थोड़ा ही अधिक है। उदाहरण के लिए, सबसे मजबूत पैरामैग्नेट में से एक के लिए - प्लैटिनम - सापेक्ष चुंबकीय पारगम्यता m = 1.00036।

33.लौह चुम्बक - इनमें लोहा, निकल, कोबाल्ट, गैडोलीनियम, उनके मिश्र धातु और यौगिक, साथ ही गैर-लौहचुंबकीय तत्वों के साथ मैंगनीज और क्रोमियम के कुछ मिश्र धातु और यौगिक शामिल हैं। इन सभी पदार्थों में केवल क्रिस्टलीय अवस्था में ही लौहचुम्बकीय गुण होते हैं।

लौह चुम्बकों की विशेषताएँ निम्नलिखित गुणों से होती हैं:

1) बहुत मजबूत चुम्बकत्व;

2) स्वयं का चुंबकीय क्षेत्र बाहरी के साथ निर्देशित होता है और इसे महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है (एम का मान कई सौ से कई सौ हजार तक होता है);

3) सापेक्ष चुंबकीय पारगम्यता एम चुंबकीयकरण क्षेत्र के परिमाण पर निर्भर करता है;

4) अवशिष्ट चुम्बकत्व है।

कार्यक्षेत्र- एक चुंबकीय क्रिस्टल में एक मैक्रोस्कोपिक क्षेत्र जिसमें सहज सजातीय चुंबकत्व वेक्टर या एंटीफेरोमैग्नेटिज्म वेक्टर का अभिविन्यास (क्रमशः क्यूरी या नील बिंदु से नीचे के तापमान पर) एक निश्चित - कड़ाई से आदेशित - तरीके से घुमाया या स्थानांतरित किया जाता है, अर्थात , ध्रुवीकृत, पड़ोसी डोमेन में संबंधित वेक्टर की दिशाओं के सापेक्ष।

डोमेन ऐसी संरचनाएं हैं जिनमें बड़ी संख्या में [आदेशित] परमाणु होते हैं और कभी-कभी नग्न आंखों को दिखाई देते हैं (आकार 10−2 सेमी3 के क्रम पर)।

डोमेन फेरो- और एंटीफेरोमैग्नेटिक, फेरोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल और सहज लंबी दूरी के क्रम वाले अन्य पदार्थों में मौजूद हैं।

क्यूरी बिंदु, या क्यूरी तापमान,- किसी पदार्थ के समरूपता गुणों में अचानक परिवर्तन से जुड़े दूसरे क्रम के चरण संक्रमण का तापमान (उदाहरण के लिए, चुंबकीय - फेरोमैग्नेट्स में, इलेक्ट्रिक - फेरोइलेक्ट्रिक्स में, क्रिस्टल रसायन - ऑर्डर किए गए मिश्र धातुओं में)। पी. क्यूरी के नाम पर रखा गया। क्यूरी बिंदु Q के नीचे तापमान T पर, लौहचुंबक में सहज चुंबकत्व और एक निश्चित चुंबकीय-क्रिस्टलीय समरूपता होती है। क्यूरी बिंदु (T=Q) पर, लौहचुंबक के परमाणुओं की तापीय गति की तीव्रता इसके सहज चुंबकत्व ("चुंबकीय क्रम") को नष्ट करने और इसकी समरूपता को बदलने के लिए पर्याप्त है, जिसके परिणामस्वरूप लौहचुंबक अनुचुंबकीय हो जाता है। इसी प्रकार, टी=क्यू (तथाकथित एंटीफेरोमैग्नेटिक क्यूरी बिंदु या नील बिंदु पर) पर एंटीफेरोमैग्नेट के लिए, उनकी विशिष्ट चुंबकीय संरचना (चुंबकीय उप-जाल) नष्ट हो जाती है, और एंटीफेरोमैग्नेट पैरामैग्नेटिक बन जाते हैं। T=Q पर फेरोइलेक्ट्रिक्स और एंटीफेरोइलेक्ट्रिक्स में, परमाणुओं की तापीय गति क्रिस्टल जाली की प्राथमिक कोशिकाओं के विद्युत द्विध्रुवों के सहज क्रमबद्ध अभिविन्यास को शून्य कर देती है। क्रमबद्ध मिश्रधातुओं में, क्यूरी बिंदु पर (मिश्रधातुओं के मामले में इसे बिंदु भी कहा जाता है।

चुंबकीय हिस्टैरिसीसचुंबकीय रूप से क्रमबद्ध पदार्थों (एक निश्चित तापमान सीमा में) में देखा जाता है, उदाहरण के लिए, लौहचुंबक में, आमतौर पर सहज (सहज) चुंबकीयकरण के क्षेत्र के डोमेन में विभाजित किया जाता है, जिसमें चुंबकीयकरण मान (प्रति इकाई आयतन चुंबकीय क्षण) समान होता है, लेकिन दिशाएं अलग हैं.

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, अन्य डोमेन की कीमत पर क्षेत्र में चुंबकीय डोमेन की संख्या और आकार बढ़ जाता है। अलग-अलग डोमेन के चुंबकीयकरण वैक्टर क्षेत्र के साथ घूम सकते हैं। पर्याप्त रूप से मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में, एक फेरोमैग्नेट को संतृप्ति के लिए चुंबकित किया जाता है, जबकि इसमें बाहरी क्षेत्र एच के साथ निर्देशित संतृप्ति चुंबकीयकरण जेएस के साथ एक एकल डोमेन होता है।

हिस्टैरिसीस के मामले में चुंबकीय क्षेत्र पर चुंबकत्व की विशिष्ट निर्भरता

34. पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र

जैसा कि आप जानते हैं, चुंबकीय क्षेत्र एक विशेष प्रकार का बल क्षेत्र है जो चुंबकीय गुणों वाले पिंडों के साथ-साथ गतिमान विद्युत आवेशों को भी प्रभावित करता है। एक निश्चित सीमा तक, चुंबकीय क्षेत्र को एक विशेष प्रकार का पदार्थ माना जा सकता है जो चुंबकीय क्षण के साथ विद्युत आवेशों और पिंडों के बीच सूचना प्रसारित करता है। तदनुसार, पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र एक चुंबकीय क्षेत्र है जो हमारे ग्रह की कार्यात्मक विशेषताओं से संबंधित कारकों के कारण बनता है। अर्थात्, भू-चुंबकीय क्षेत्र स्वयं पृथ्वी द्वारा निर्मित होता है, न कि बाहरी स्रोतों द्वारा, हालाँकि बाद वाले का ग्रह के चुंबकीय क्षेत्र पर एक निश्चित प्रभाव पड़ता है।

इस प्रकार, पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के गुण अनिवार्य रूप से इसकी उत्पत्ति की विशेषताओं पर निर्भर करते हैं। इस बल क्षेत्र के उद्भव की व्याख्या करने वाला मुख्य सिद्धांत ग्रह के तरल धातु कोर में धाराओं के प्रवाह से जुड़ा है (कोर पर तापमान इतना अधिक है कि धातुएं तरल अवस्था में हैं)। पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की ऊर्जा तथाकथित हाइड्रोमैग्नेटिक डायनेमो तंत्र द्वारा उत्पन्न होती है, जो विद्युत धाराओं की बहुदिशात्मकता और विषमता के कारण होती है। वे बढ़े हुए विद्युत निर्वहन उत्पन्न करते हैं, जिससे तापीय ऊर्जा निकलती है और नए चुंबकीय क्षेत्रों का उद्भव होता है। दिलचस्प बात यह है कि हाइड्रोमैग्नेटिक डायनेमो तंत्र में "स्व-उत्तेजित" करने की क्षमता होती है, यानी, पृथ्वी के कोर के भीतर सक्रिय विद्युत गतिविधि लगातार बाहरी प्रभाव के बिना एक भू-चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है।

35.आकर्षण संस्कार - वेक्टर भौतिक मात्रा एक स्थूल भौतिक शरीर की चुंबकीय स्थिति को दर्शाती है। इसे आमतौर पर एम नामित किया जाता है। इसे किसी पदार्थ की इकाई मात्रा के चुंबकीय क्षण के रूप में परिभाषित किया जाता है:

यहाँ, M चुम्बकत्व सदिश है; - चुंबकीय क्षण का वेक्टर; वी - मात्रा.

सामान्य मामले में (एक गैर-वर्दी के मामले में, एक कारण या किसी अन्य, माध्यम के लिए) चुंबकत्व को इस प्रकार व्यक्त किया जाता है

और निर्देशांक का एक कार्य है। आयतन dV में अणुओं का कुल चुंबकीय क्षण कहां है प्रतिचुंबकीय और अनुचुंबकीय सामग्रियों में एम और चुंबकीय क्षेत्र की ताकत एच के बीच संबंध आमतौर पर रैखिक होता है (कम से कम जब चुंबकीय क्षेत्र बहुत बड़ा नहीं होता है):

जहाँ χm को चुंबकीय संवेदनशीलता कहा जाता है। लौहचुंबकीय सामग्रियों में चुंबकीय हिस्टैरिसीस के कारण एम और एच के बीच कोई स्पष्ट संबंध नहीं है, और निर्भरता का वर्णन करने के लिए चुंबकीय संवेदनशीलता टेंसर का उपयोग किया जाता है।

चुंबकीय क्षेत्र की ताकत(मानक पदनाम एच) चुंबकीय प्रेरण वेक्टर बी और चुंबकीयकरण वेक्टर एम के बीच अंतर के बराबर एक वेक्टर भौतिक मात्रा है।

अंतर्राष्ट्रीय इकाई प्रणाली (SI) में: H = (1/µ 0)B - M जहां µ 0 चुंबकीय स्थिरांक है।

चुम्बकीय भेद्यता- भौतिक मात्रा, गुणांक (माध्यम के गुणों के आधार पर) पदार्थ में चुंबकीय प्रेरण बी और चुंबकीय क्षेत्र शक्ति एच के बीच संबंध को दर्शाता है। यह गुणांक विभिन्न मीडिया के लिए अलग-अलग है, इसलिए वे किसी विशेष माध्यम की चुंबकीय पारगम्यता (अर्थात इसकी संरचना, स्थिति, तापमान, आदि) के बारे में बात करते हैं।

आमतौर पर ग्रीक अक्षर µ द्वारा दर्शाया जाता है। यह या तो एक अदिश (आइसोट्रोपिक पदार्थों के लिए) या एक टेंसर (अनिसोट्रोपिक पदार्थों के लिए) हो सकता है।

सामान्य तौर पर, चुंबकीय पारगम्यता के माध्यम से चुंबकीय प्रेरण और चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के बीच संबंध को इस प्रकार पेश किया जाता है

और सामान्य स्थिति में यहां इसे एक टेंसर के रूप में समझा जाना चाहिए, जो घटक संकेतन से मेल खाता है

प्रश्नों पर नियंत्रण रखें .. 18

9. प्रयोगशाला कार्य क्रमांक 2. कम उत्सर्जन वर्तमान घनत्व पर थर्मिओनिक उत्सर्जन का अध्ययन . 18

कार्य - आदेश .. 19

रिपोर्ट आवश्यकताएँ . 19

प्रश्नों पर नियंत्रण रखें .. 19

परिचय

उत्सर्जन इलेक्ट्रॉनिक्स एक संघनित माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन (उत्सर्जन) से जुड़ी घटनाओं का अध्ययन करता है। इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन उन मामलों में होता है जब किसी शरीर के इलेक्ट्रॉनों का हिस्सा, बाहरी प्रभाव के परिणामस्वरूप, अपनी सीमा पर संभावित बाधा को दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करता है, या यदि कोई बाहरी विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों के हिस्से को "पारदर्शी" बनाता है। बाहरी प्रभाव की प्रकृति के आधार पर, ये हैं:

• थर्मिओनिक उत्सर्जन (निकायों का ताप);
• द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन (इलेक्ट्रॉनों के साथ सतह पर बमबारी);
• आयन-इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन (आयनों के साथ सतह पर बमबारी);
• फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन (विद्युत चुम्बकीय विकिरण);
• एक्सोइलेक्ट्रॉनिकउत्सर्जन (यांत्रिक, थर्मल और अन्य प्रकार के सतह उपचार);
• क्षेत्र उत्सर्जन (बाह्य विद्युत क्षेत्र), आदि।

सभी घटनाओं में जहां किसी क्रिस्टल से आसपास के स्थान में इलेक्ट्रॉन के बाहर निकलने या एक क्रिस्टल से दूसरे क्रिस्टल में संक्रमण को ध्यान में रखना आवश्यक होता है, वहां "कार्य फ़ंक्शन" नामक विशेषता निर्णायक महत्व प्राप्त कर लेती है। कार्य फलन को किसी ठोस से एक इलेक्ट्रॉन को निकालने और उसे ऐसे बिंदु पर रखने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया जाता है जहां इसकी संभावित ऊर्जा शून्य मानी जाती है। विभिन्न उत्सर्जन घटनाओं का वर्णन करने के अलावा, कार्य फ़ंक्शन की अवधारणा दो धातुओं, एक अर्धचालक के साथ एक धातु, दो अर्धचालक, साथ ही गैल्वेनिक घटना के संपर्क में संपर्क संभावित अंतर की घटना को समझाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।

दिशानिर्देशों में दो भाग शामिल हैं। पहले भाग में ठोस पदार्थों में उत्सर्जन घटना पर बुनियादी सैद्धांतिक जानकारी शामिल है। मुख्य ध्यान थर्मिओनिक उत्सर्जन की घटना पर दिया जाता है। दूसरा भाग थर्मिओनिक उत्सर्जन के प्रायोगिक अध्ययन, संपर्क संभावित अंतर के अध्ययन और नमूने की सतह पर कार्य फ़ंक्शन के वितरण के लिए समर्पित प्रयोगशाला कार्य का विवरण प्रदान करता है।

भाग 1. बुनियादी सैद्धांतिक जानकारी

1. एक इलेक्ट्रॉन का कार्य फलन. सतही अवस्था के कार्य फलन पर प्रभाव

तथ्य यह है कि इलेक्ट्रॉनों को एक ठोस के अंदर बनाए रखा जाता है, यह दर्शाता है कि शरीर की सतह परत में एक मंदक क्षेत्र उत्पन्न होता है, जो इलेक्ट्रॉनों को आसपास के निर्वात में छोड़ने से रोकता है। किसी ठोस की सीमा पर संभावित अवरोध का एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व चित्र में दिखाया गया है। 1. क्रिस्टल को छोड़ने के लिए, एक इलेक्ट्रॉन को कार्य फलन के बराबर कार्य करना होगा। अंतर करना thermodynamicऔर बाहरीबाहर निकलने का काम.

थर्मोडायनामिक कार्य फ़ंक्शन निर्वात की शून्य-स्तर ऊर्जा और ठोस की फर्मी ऊर्जा के बीच का अंतर है।

बाह्य कार्य फलन (या इलेक्ट्रॉन बन्धुता) शून्य निर्वात स्तर की ऊर्जा और चालन बैंड के तल की ऊर्जा के बीच का अंतर है (चित्र 1)।

चावल। 1. क्रिस्टल क्षमता का रूपयू क्रिस्टल में आयनों के स्थान की रेखा के साथ और क्रिस्टल के निकट-सतह क्षेत्र में: आयनों की स्थिति क्षैतिज रेखा पर बिंदुओं द्वारा चिह्नित होती है; φ=-यू /ई - कार्य कार्य क्षमता; इएफ - फर्मी ऊर्जा (नकारात्मक); इ सी- चालन बैंड के नीचे की ऊर्जा;डब्ल्यू ओ - थर्मोडायनामिक कार्य फ़ंक्शन;वा - बाहरी कार्य समारोह; छायांकित क्षेत्र परंपरागत रूप से भरे हुए इलेक्ट्रॉनिक राज्यों का प्रतिनिधित्व करता है

ठोस और निर्वात की सीमा पर संभावित अवरोध के उभरने के दो मुख्य कारण हैं। उनमें से एक इस तथ्य के कारण है कि क्रिस्टल से उत्सर्जित एक इलेक्ट्रॉन इसकी सतह पर एक सकारात्मक विद्युत आवेश उत्पन्न करता है। इलेक्ट्रॉन और क्रिस्टल की सतह के बीच एक आकर्षक बल उत्पन्न होता है (विद्युत छवि बल, धारा 5, चित्र 12 देखें), जो इलेक्ट्रॉन को क्रिस्टल में वापस लौटाता है। दूसरा कारण यह है कि थर्मल गति के कारण इलेक्ट्रॉन, धातु की सतह को पार कर सकते हैं और उससे कम दूरी (परमाणु के क्रम पर) तक दूर जा सकते हैं। वे सतह के ऊपर एक नकारात्मक चार्ज परत बनाते हैं। इस मामले में, इलेक्ट्रॉनों के भागने के बाद, क्रिस्टल की सतह पर आयनों की एक धनात्मक आवेशित परत बन जाती है। परिणामस्वरूप, एक विद्युत दोहरी परत बनती है। यह बाहरी अंतरिक्ष में कोई क्षेत्र नहीं बनाता है, बल्कि दोहरी परत के अंदर विद्युत क्षेत्र पर काबू पाने के लिए भी काम करना पड़ता है।

अधिकांश धातुओं और अर्धचालकों के लिए कार्य फलन मान कई इलेक्ट्रॉन वोल्ट है। उदाहरण के लिए, लिथियम के लिए कार्य फलन 2.38 eV, लौह - 4.31 eV, जर्मेनियम - 4.76 eV, सिलिकॉन - 4.8 eV है। काफी हद तक, कार्य फ़ंक्शन मान एकल क्रिस्टल चेहरे के क्रिस्टलोग्राफिक अभिविन्यास द्वारा निर्धारित किया जाता है जहां से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन होता है। टंगस्टन के (110) तल के लिए, कार्य फलन 5.3 eV है; (111) और (100) तल के लिए ये मान क्रमशः 4.4 eV और 4.6 eV हैं।

क्रिस्टल की सतह पर जमा हुई पतली परतें कार्य क्रिया पर बहुत प्रभाव डालती हैं। क्रिस्टल की सतह पर जमा परमाणु या अणु अक्सर इसे एक इलेक्ट्रॉन दान करते हैं या इससे एक इलेक्ट्रॉन स्वीकार करते हैं और आयन बन जाते हैं। चित्र में. चित्र 2 उस स्थिति के लिए एक धातु और एक पृथक परमाणु का ऊर्जा आरेख दिखाता है जब धातु से एक इलेक्ट्रॉन का थर्मोडायनामिक कार्य कार्य करता है डब्ल्यू 0आयनीकरण ऊर्जा से अधिक ई आयनइसकी सतह पर जमा एक परमाणु का। इस स्थिति में, परमाणु का इलेक्ट्रॉन ऊर्जावान रूप से अनुकूल होता है सुरंगधातु में और उसमें फर्मी स्तर तक उतरते हैं। ऐसे परमाणुओं से ढकी धातु की सतह ऋणात्मक रूप से आवेशित हो जाती है और धनात्मक आयनों के साथ एक दोहरी विद्युत परत बनाती है, जिसके क्षेत्र से धातु का कार्य कार्य कम हो जाएगा। चित्र में. 3, सीज़ियम की एक परत से लेपित टंगस्टन क्रिस्टल को दर्शाता है। यहां ऊपर चर्चा की गई स्थिति का एहसास होता है, क्योंकि ऊर्जा ई आयनसीज़ियम (3.9 eV) टंगस्टन (4.5 eV) के कार्य फलन से कम है। प्रयोगों में, कार्य फलन तीन गुना से अधिक घट जाता है। यदि टंगस्टन ऑक्सीजन परमाणुओं से ढका हो तो विपरीत स्थिति देखी जाती है (चित्र 3 बी)। चूँकि ऑक्सीजन में वैलेंस इलेक्ट्रॉनों का बंधन टंगस्टन की तुलना में अधिक मजबूत होता है, जब ऑक्सीजन टंगस्टन की सतह पर अवशोषित होती है, तो एक विद्युत दोहरी परत बनती है, जो धातु के कार्य कार्य को बढ़ाती है। सबसे आम मामला तब होता है जब सतह पर जमा हुआ एक परमाणु अपने इलेक्ट्रॉन को पूरी तरह से धातु को नहीं देता है या एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन लेता है, लेकिन अपने इलेक्ट्रॉन शेल को विकृत कर देता है ताकि सतह पर अधिशोषित परमाणु ध्रुवीकृत हो जाएं और विद्युत द्विध्रुव बन जाएं (चित्र) . 3सी). द्विध्रुवों के अभिविन्यास के आधार पर, धातु का कार्य फ़ंक्शन कम हो जाता है (द्विध्रुवों का अभिविन्यास चित्र 3 सी से मेल खाता है) या बढ़ जाता है।

2. तापायनिक उत्सर्जन घटना

थर्मिओनिक उत्सर्जन किसी ठोस की सतह से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के प्रकारों में से एक है। थर्मिओनिक उत्सर्जन के मामले में, बाहरी प्रभाव ठोस के ताप से जुड़ा होता है।

थर्मिओनिक उत्सर्जन की घटना गर्म पिंडों (उत्सर्जकों) द्वारा निर्वात या अन्य माध्यम में इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन है।

थर्मोडायनामिक संतुलन स्थितियों के तहत, इलेक्ट्रॉनों की संख्या एन(ई), से सीमा में ऊर्जा है इपहले इ+डे, फर्मी-डिराक आंकड़ों द्वारा निर्धारित किया जाता है:

,(1)

कहाँ जी(ई)- ऊर्जा के अनुरूप क्वांटम अवस्थाओं की संख्या इ; इ एफ - फर्मी ऊर्जा; क– बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक; टी- निरपेक्ष तापमान।

चित्र में. चित्र 4 धातु का ऊर्जा आरेख और इलेक्ट्रॉन ऊर्जा वितरण वक्र दिखाता है टी=0 K, कम तापमान पर टी 1और उच्च तापमान पर टी 2. 0 K पर, सभी इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा फर्मी ऊर्जा से कम होती है। कोई भी इलेक्ट्रॉन क्रिस्टल को नहीं छोड़ सकता है और कोई थर्मोनिक उत्सर्जन नहीं देखा जाता है। बढ़ते तापमान के साथ, धातु को छोड़ने में सक्षम ऊष्मीय रूप से उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की संख्या बढ़ जाती है, जो थर्मिओनिक उत्सर्जन की घटना का कारण बनती है। चित्र में. 4 यह इस तथ्य से स्पष्ट होता है कि कब टी=टी 2वितरण वक्र की "पूंछ" संभावित कुएं के शून्य स्तर से आगे जाती है। यह संभावित अवरोध की ऊंचाई से अधिक ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति को इंगित करता है।

धातुओं के लिए, कार्य फलन कई इलेक्ट्रॉन वोल्ट है। ऊर्जा क टीहजारों केल्विन के तापमान पर भी यह एक इलेक्ट्रॉन वोल्ट का एक अंश है। शुद्ध धातुओं के लिए, महत्वपूर्ण इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन लगभग 2000 K के तापमान पर प्राप्त किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, शुद्ध टंगस्टन में, ध्यान देने योग्य उत्सर्जन 2500 K के तापमान पर प्राप्त किया जा सकता है।

थर्मिओनिक उत्सर्जन का अध्ययन करने के लिए, गर्म पिंड (कैथोड) की सतह पर एक विद्युत क्षेत्र बनाना आवश्यक है, जिससे इलेक्ट्रॉनों को उत्सर्जक सतह से हटाने (सक्शन) में तेजी लाई जा सके। विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन गति करने लगते हैं और एक विद्युत धारा उत्पन्न होती है, जिसे कहा जाता है तापायनिक. थर्मिओनिक धारा का निरीक्षण करने के लिए, आमतौर पर एक वैक्यूम डायोड का उपयोग किया जाता है - दो इलेक्ट्रोड के साथ एक इलेक्ट्रॉन ट्यूब। लैंप का कैथोड एक दुर्दम्य धातु (टंगस्टन, मोलिब्डेनम, आदि) से बना एक फिलामेंट है, जिसे विद्युत प्रवाह द्वारा गर्म किया जाता है। एनोड में आमतौर पर गर्म कैथोड के चारों ओर एक धातु सिलेंडर का आकार होता है। थर्मिओनिक धारा का निरीक्षण करने के लिए, डायोड को चित्र में दिखाए गए सर्किट से जोड़ा जाता है। 5. जाहिर है, बढ़ते संभावित अंतर के साथ थर्मिओनिक धारा की ताकत बढ़नी चाहिए वीएनोड और कैथोड के बीच. हालाँकि, यह वृद्धि आनुपातिक नहीं है वी(चित्र 6)। एक निश्चित वोल्टेज तक पहुंचने पर, थर्मिओनिक धारा में वृद्धि व्यावहारिक रूप से बंद हो जाती है। किसी दिए गए कैथोड तापमान पर थर्मिओनिक धारा के सीमित मूल्य को संतृप्ति धारा कहा जाता है। संतृप्ति धारा का परिमाण थर्मिओनिक इलेक्ट्रॉनों की संख्या से निर्धारित होता है जो प्रति यूनिट समय में कैथोड सतह से बाहर निकलने में सक्षम होते हैं। इस मामले में, कैथोड से थर्मिओनिक उत्सर्जन द्वारा आपूर्ति किए गए सभी इलेक्ट्रॉनों का उपयोग विद्युत प्रवाह उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।

3. तापमान पर थर्मिओनिक धारा की निर्भरता। FORMULA रिचर्डसन-देशमान

थर्मिओनिक वर्तमान घनत्व की गणना करते समय हम इलेक्ट्रॉन गैस मॉडल का उपयोग करेंगे और लागू करेंगेफर्मी-डिराक के आँकड़े इसके अनुसार हैं। यह स्पष्ट है कि थर्मिओनिक वर्तमान घनत्व क्रिस्टल सतह के पास इलेक्ट्रॉन बादल के घनत्व से निर्धारित होता है, जिसे सूत्र (1) द्वारा वर्णित किया गया है। इस सूत्र में, आइए हम इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा वितरण से इलेक्ट्रॉन संवेग वितरण की ओर बढ़ें। इस मामले में, हम इलेक्ट्रॉन तरंग वेक्टर के अनुमत मूल्यों को ध्यान में रखते हैं क वी क -स्पेस को समान रूप से वितरित किया जाता है ताकि प्रत्येक मान के लिए क खंड 8 के लिए जिम्मेदार पी 3 (एक के बराबर क्रिस्टल आयतन के लिए)। इलेक्ट्रॉन संवेग को ध्यान में रखते हुए पी =ћ क हम पाते हैं कि संवेग स्थान के आयतन तत्व में क्वांटम अवस्थाओं की संख्या होती है डीपी एक्सडीपी वाईडीपी जेडबराबर होगा

(2)

सूत्र (2) के अंश में दो इलेक्ट्रॉन स्पिन के दो संभावित मूल्यों को ध्यान में रखते हैं।

चलो धुरी को निर्देशित करें जेडकैथोड सतह के सामान्य आयताकार समन्वय प्रणाली (चित्र 7)। आइए हम क्रिस्टल की सतह पर इकाई क्षेत्र का एक क्षेत्र चुनें और उस पर, एक आधार की तरह, एक पार्श्व किनारे के साथ एक आयताकार समानांतर चतुर्भुज का निर्माण करें वी जेड =पी जेड /एम एन(एम एन- प्रभावी इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान)। इलेक्ट्रॉन घटक के संतृप्ति वर्तमान घनत्व में योगदान करते हैं वी जेडअक्ष गति जेड. एक इलेक्ट्रॉन से धारा घनत्व में योगदान बराबर होता है

(3)

कहाँ इ-इलेक्ट्रॉन चार्ज.

समांतर चतुर्भुज में इलेक्ट्रॉनों की संख्या, जिनके वेग विचारित अंतराल में समाहित हैं:

इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन के दौरान क्रिस्टल जाली को नष्ट न होने देने के लिए, इलेक्ट्रॉनों का एक नगण्य हिस्सा क्रिस्टल को छोड़ना होगा। इसके लिए, जैसा कि सूत्र (4) से पता चलता है, शर्त पूरी होनी चाहिए उसकीएफ>> कटी. ऐसे इलेक्ट्रॉनों के लिए, सूत्र (4) के हर में एकता की उपेक्षा की जा सकती है। फिर यह सूत्र रूप में परिवर्तित हो जाता है

(5)

आइए अब इलेक्ट्रॉनों की संख्या ज्ञात करें डीएनविचाराधीन दायरे में, जेड-जिसका आवेग घटक बीच में समाहित है आर जेडऔर आर z+डीपी जेड. ऐसा करने के लिए, पिछली अभिव्यक्ति को एकीकृत किया जाना चाहिए आर एक्स और आर य-∞ से +∞ तक। एकीकृत करते समय इस बात का ध्यान रखना चाहिए

,

और तालिका अभिन्न का उपयोग करें

,.

परिणाम हमें मिलता है

.(6)

अब, (3) को ध्यान में रखते हुए, आइए हम समांतर चतुर्भुज के सभी इलेक्ट्रॉनों द्वारा निर्मित थर्मिओनिक धारा का घनत्व ज्ञात करें। ऐसा करने के लिए, अभिव्यक्ति (6) को उन सभी इलेक्ट्रॉनों के लिए एकीकृत किया जाना चाहिए जिनकी गतिज ऊर्जा फर्मी स्तर पर है ई ≥ई एफ +डब्ल्यू 0केवल ऐसे इलेक्ट्रॉन ही क्रिस्टल को छोड़ सकते हैं और केवल वे थर्मोकरंट की गणना में भूमिका निभाते हैं। अक्ष के अनुदिश ऐसे इलेक्ट्रॉनों के संवेग का घटक जेडशर्त पूरी करनी होगी

इसलिए, संतृप्ति वर्तमान घनत्व

एकीकरण सभी मूल्यों के लिए किया जाता है। आइए एक नया एकीकरण चर प्रस्तुत करें

तब पी जेड डीपी जेड =एम एन डुऔर

.(8)

परिणाम हमें मिलता है

,(9)

,(10)

स्थिरांक कहाँ है

.

समानता (10) को सूत्र कहते हैं रिचर्डसन-देशमान. संतृप्ति थर्मिओनिक धारा के घनत्व को मापकर, कोई इस सूत्र का उपयोग स्थिरांक A और कार्य फलन W 0 की गणना करने के लिए कर सकता है। प्रायोगिक गणना के लिए, सूत्र रिचर्डसन-देशमानइसे प्रपत्र में प्रस्तुत करना सुविधाजनक है

इस मामले में, ग्राफ़ निर्भरता दिखाता है एलएन(जेएस/टी 2) 1 से /टीएक सीधी रेखा द्वारा व्यक्त किया गया। कोटि अक्ष के साथ सीधी रेखा के प्रतिच्छेदन से, ln की गणना की जाती है ए , और सीधी रेखा के झुकाव के कोण से कार्य फलन निर्धारित होता है (चित्र 8)।

4. संभावित अंतर से संपर्क करें

उन प्रक्रियाओं पर विचार करें जो तब घटित होती हैं जब दो इलेक्ट्रॉनिक कंडक्टर, उदाहरण के लिए, दो धातुएं, अलग-अलग कार्य कार्यों के साथ पास आते हैं और संपर्क में आते हैं। इन धातुओं के ऊर्जा आरेख चित्र में दिखाए गए हैं। 9. चलो इएफ 1और इएफ 2क्रमशः पहली और दूसरी धातु के लिए फर्मी ऊर्जा हैं, और डब्ल्यू 01और डब्ल्यू 02– उनके कार्य कार्य. पृथक अवस्था में, धातुओं का निर्वात स्तर समान होता है और इसलिए, अलग-अलग फर्मी स्तर होते हैं। निश्चितता के लिए मान लें कि डब्ल्यू 01< डब्ल्यू 02, तो पहली धातु का फर्मी स्तर दूसरे की तुलना में अधिक होगा (चित्र 9ए)। जब ये धातुएं धातु 1 में व्याप्त इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं के विपरीत संपर्क में आती हैं, तो धातु 2 में मुक्त ऊर्जा स्तर होते हैं। इसलिए, जब ये कंडक्टर संपर्क में आते हैं, तो कंडक्टर 1 से कंडक्टर 2 तक इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह उत्पन्न होता है। तथ्य यह है कि पहला कंडक्टर, इलेक्ट्रॉनों को खोकर, सकारात्मक रूप से चार्ज हो जाता है, और दूसरा कंडक्टर, प्राप्त कर लेता है अतिरिक्त नकारात्मकआवेश ऋणात्मक रूप से आवेशित होता है। चार्जिंग के कारण, धातु 1 के सभी ऊर्जा स्तर नीचे चले जाते हैं, और धातु 2 ऊपर चले जाते हैं। स्तर विस्थापन की प्रक्रिया और कंडक्टर 1 से कंडक्टर 2 तक इलेक्ट्रॉन संक्रमण की प्रक्रिया तब तक जारी रहेगी जब तक कि दोनों कंडक्टरों के फर्मी स्तर संरेखित नहीं हो जाते (चित्र 9 बी)। जैसा कि इस आंकड़े से देखा जा सकता है, संतुलन की स्थिति कंडक्टरों के शून्य स्तर 0 1 और 0 2 के बीच संभावित अंतर से मेल खाती है:

.(11)

संभावित अंतर वी के.आर.पीबुलाया संभावित अंतर से संपर्क करें. नतीजतन, संपर्क संभावित अंतर संपर्क कंडक्टरों से इलेक्ट्रॉनों के कार्य फ़ंक्शन में अंतर से निर्धारित होता है। प्राप्त परिणाम दो सामग्रियों के बीच इलेक्ट्रॉनों के आदान-प्रदान के किसी भी तरीके के लिए मान्य है, जिसमें वैक्यूम में थर्मिओनिक उत्सर्जन, बाहरी सर्किट के माध्यम से आदि शामिल हैं। जब कोई धातु किसी अर्धचालक से संपर्क करती है तो इसी तरह के परिणाम प्राप्त होते हैं। धातुओं और अर्धचालक के बीच एक संपर्क संभावित अंतर उत्पन्न होता है, जो परिमाण के लगभग समान क्रम का होता है जैसा कि दो धातुओं (लगभग 1 वी) के बीच संपर्क के मामले में होता है। अंतर केवल इतना है कि यदि कंडक्टरों में संपूर्ण संपर्क विभवांतर लगभग धातुओं के बीच के अंतर पर पड़ता है, तो जब कोई धातु अर्धचालक के संपर्क में आती है, तो संपूर्ण संपर्क विभवांतर अर्धचालक पर पड़ता है, जिसमें पर्याप्त रूप से बड़ी परत होती है इलेक्ट्रॉनों का निर्माण, संवर्धन या क्षय। यदि इस परत में इलेक्ट्रॉनों की कमी हो जाती है (उस स्थिति में जब एन-प्रकार के अर्धचालक का कार्य फलन धातु के कार्य फलन से कम होता है), तो ऐसी परत अवरोधन और ऐसा संक्रमण कहलाता हैसीधा करने के गुण होंगे। अर्धचालक के साथ धातु के सुधारक संपर्क में उत्पन्न होने वाले संभावित अवरोध को कहा जाता है शोट्की बाधा, और इसके आधार पर काम करने वाले डायोड - शोट्की डायोड.

वाल्ट-एम्पीयरकम उत्सर्जन धारा घनत्व पर थर्मिओनिक कैथोड के लक्षण। शोट्की प्रभाव

यदि थर्मिओनिक कैथोड और डायोड के एनोड के बीच एक संभावित अंतर बनाया जाता है (चित्र 5) वी, एनोड में इलेक्ट्रॉनों की आवाजाही को रोकना, फिर केवल वे जो एनोड और कैथोड के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की ऊर्जा से कम नहीं गतिज ऊर्जा के आरक्षित के साथ कैथोड से बाहर निकलते हैं, एनोड तक पहुंचने में सक्षम होंगे, यानी। -इ वी(वी< 0). ऐसा करने के लिए, थर्मिओनिक कैथोड में उनकी ऊर्जा कम नहीं होनी चाहिए डब्ल्यू0-ईवी. फिर, सूत्र में प्रतिस्थापित करें रिचर्डसन-देशमान (10) डब्ल्यू 0पर डब्ल्यू0-ईवी, हम थर्मल उत्सर्जन वर्तमान घनत्व के लिए निम्नलिखित अभिव्यक्ति प्राप्त करते हैं:

,(12)

यहाँ जे एस-संतृप्ति वर्तमान घनत्व. आइए इस अभिव्यक्ति का लघुगणक लें

.(13)

एनोड पर एक सकारात्मक क्षमता पर, सभी इलेक्ट्रॉन थर्मिओनिक कैथोड को छोड़कर एनोड पर उतरते हैं। इसलिए, सर्किट में करंट नहीं बदलना चाहिए, संतृप्ति करंट के बराबर रहना चाहिए। इस प्रकार, वाल्ट-एम्पीयरथर्मल कैथोड की विशेषता (वर्तमान-वोल्टेज विशेषता) का रूप चित्र में दिखाया गया है। 10 (वक्र ए)।

एक समान वर्तमान-वोल्टेज विशेषता केवल अपेक्षाकृत कम उत्सर्जन वर्तमान घनत्व और एनोड पर उच्च सकारात्मक क्षमता पर देखी जाती है, जब उत्सर्जक सतह के पास एक महत्वपूर्ण इलेक्ट्रॉन स्थान चार्ज उत्पन्न नहीं होता है। स्पेस चार्ज को ध्यान में रखते हुए थर्मिओनिक कैथोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं पर अनुभाग में चर्चा की गई है। 6.

आइए हम कम उत्सर्जन वर्तमान घनत्व पर वर्तमान-वोल्टेज विशेषता की एक और महत्वपूर्ण विशेषता पर ध्यान दें। निष्कर्ष यह है कि थर्मोकरंट संतृप्ति तक पहुंचता है वी=0, केवल उस स्थिति के लिए मान्य है जब कैथोड और एनोड सामग्री में समान थर्मोडायनामिक कार्य फ़ंक्शन होता है। यदि कैथोड और एनोड के कार्य कार्य समान नहीं हैं, तो एनोड और कैथोड के बीच एक संपर्क संभावित अंतर दिखाई देता है। इस मामले में, बाहरी विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में भी ( वी=0) संपर्क विभवांतर के कारण एनोड और कैथोड के बीच एक विद्युत क्षेत्र होता है। उदाहरण के लिए, यदि डब्लू0के< डब्लू0ए तो एनोड को कैथोड के सापेक्ष नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाएगा। संपर्क संभावित अंतर को नष्ट करने के लिए, एनोड पर एक सकारात्मक पूर्वाग्रह लागू किया जाना चाहिए। इसीलिए वाल्ट-एम्पीयरगर्म कैथोड की विशेषता संपर्क संभावित अंतर की मात्रा से सकारात्मक क्षमता की ओर स्थानांतरित हो जाती है (चित्र 10, वक्र बी)। के बीच विपरीत संबंध के साथ डब्लू0केऔर डब्लू0एवर्तमान-वोल्टेज विशेषता के बदलाव की दिशा विपरीत है (चित्र 10 में वक्र सी)।

संतृप्ति वर्तमान घनत्व की स्वतंत्रता के बारे में निष्कर्ष वी>0 अत्यधिक आदर्शीकृत है। थर्मिओनिक उत्सर्जन की वास्तविक I-V विशेषताओं में, थर्मिओनिक उत्सर्जन धारा में वृद्धि के साथ थोड़ी वृद्धि देखी जाती है वीसंतृप्ति मोड में, जो संबद्ध है शोट्की प्रभाव(चित्र 11)।

शॉट्की प्रभाव बाहरी त्वरित विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में ठोस पदार्थों से इलेक्ट्रॉनों के कार्य फ़ंक्शन में कमी है।

शॉट्की प्रभाव को समझाने के लिए, क्रिस्टल की सतह के पास एक इलेक्ट्रॉन पर कार्य करने वाले बलों पर विचार करें। इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेरण के नियम के अनुसार, क्रिस्टल की सतह पर विपरीत चिह्न के सतही आवेश प्रेरित होते हैं, जो क्रिस्टल की सतह के साथ इलेक्ट्रॉन की परस्पर क्रिया को निर्धारित करते हैं। विद्युत छवियों की विधि के अनुसार, एक इलेक्ट्रॉन पर वास्तविक सतह आवेशों की क्रिया को एक काल्पनिक की क्रिया द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है सकारात्मक बिंदुशुल्क +ई, क्रिस्टल सतह से इलेक्ट्रॉन के समान दूरी पर स्थित है, लेकिन सतह के विपरीत दिशा में (चित्र 12)। फिर, कूलम्ब के नियम के अनुसार, दो बिंदु आवेशों के बीच परस्पर क्रिया का बल

,(14)

यहाँ ε हे-विद्युत स्थिरांक: एक्सइलेक्ट्रॉन और क्रिस्टल की सतह के बीच की दूरी है।

यदि शून्य निर्वात स्तर से गणना की जाए तो विद्युत छवि बल क्षेत्र में एक इलेक्ट्रॉन की स्थितिज ऊर्जा बराबर होती है

.(15)

बाह्य त्वरित विद्युत क्षेत्र में एक इलेक्ट्रॉन की संभावित ऊर्जा इ

एक इलेक्ट्रॉन की कुल स्थितिज ऊर्जा

.(17)

क्रिस्टल की सतह के पास स्थित एक इलेक्ट्रॉन की कुल ऊर्जा का चित्रमय निर्धारण चित्र में दिखाया गया है। 13, जो क्रिस्टल से एक इलेक्ट्रॉन के कार्य फलन में कमी को स्पष्ट रूप से दर्शाता है। कुल इलेक्ट्रॉन स्थितिज ऊर्जा वक्र (चित्र 13 में ठोस वक्र) बिंदु पर अधिकतम तक पहुँच जाता है एक्स एम:

.(18)

बाहरी क्षेत्र की ताकत पर यह बिंदु सतह से 10 Å है » 3× 10 6 वी/सेमी.

बिंदु पर एक्स एम कुल संभावित ऊर्जा संभावित अवरोध में कमी के बराबर (और, इसलिए, कार्य फलन में कमी),

.(19)

शोट्की प्रभाव के परिणामस्वरूप, एनोड पर सकारात्मक वोल्टेज पर थर्मल डायोड धारा एनोड वोल्टेज बढ़ने के साथ बढ़ती है। यह प्रभाव न केवल तब प्रकट होता है जब इलेक्ट्रॉन निर्वात में उत्सर्जित होते हैं, बल्कि तब भी प्रकट होता है जब वे धातु-अर्धचालक या धातु-इन्सुलेटर संपर्कों के माध्यम से चलते हैं।

6. निर्वात में धाराएँ अंतरिक्ष आवेश द्वारा सीमित होती हैं। "तीन सेकंड" का नियम

थर्मिओनिक उत्सर्जन के उच्च वर्तमान घनत्व पर, वर्तमान-वोल्टेज विशेषता कैथोड और एनोड के बीच उत्पन्न होने वाले वॉल्यूम नकारात्मक चार्ज से काफी प्रभावित होती है। यह आयतन ऋणात्मक आवेश कैथोड से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को एनोड तक पहुंचने से रोकता है। इस प्रकार, एनोड धारा कैथोड से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन धारा से कम है। जब एनोड पर एक सकारात्मक क्षमता लागू की जाती है, तो स्पेस चार्ज द्वारा निर्मित कैथोड पर अतिरिक्त संभावित अवरोध कम हो जाता है और एनोड करंट बढ़ जाता है। यह थर्मल डायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता पर अंतरिक्ष चार्ज के प्रभाव की एक गुणात्मक तस्वीर है। लैंगमुइर द्वारा 1913 में सैद्धांतिक रूप से इस मुद्दे की खोज की गई थी।

कई सरलीकरण मान्यताओं के तहत, हम एनोड और कैथोड के बीच लागू बाहरी संभावित अंतर पर थर्मल डायोड वर्तमान की निर्भरता की गणना करते हैं और एनोड और कैथोड के बीच क्षेत्र, क्षमता और इलेक्ट्रॉन एकाग्रता के वितरण को ध्यान में रखते हुए पाते हैं। अंतरिक्ष प्रभार.

चावल। 14. "तीन सेकंड" के नियम के निष्कर्ष तक

आइए मान लें कि डायोड इलेक्ट्रोड सपाट हैं। एनोड और कैथोड के बीच थोड़ी दूरी के साथ डीउन्हें असीम रूप से बड़ा माना जा सकता है। हम निर्देशांक की उत्पत्ति को कैथोड की सतह और अक्ष पर रखते हैं एक्सआइए इसे इस सतह पर एनोड की ओर लंबवत निर्देशित करें (चित्र 14)। हम कैथोड तापमान को स्थिर और बराबर बनाए रखेंगे टी. इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र क्षमता जे एनोड और कैथोड के बीच की जगह में मौजूद, केवल एक समन्वय का एक कार्य होगा एक्स. उसे संतुष्ट करना होगा पॉइसन का समीकरण

,(20)

यहाँ आर - वॉल्यूमेट्रिक चार्ज घनत्व; एन– इलेक्ट्रॉन एकाग्रता; जे , आर और एननिर्देशांक के कार्य हैं एक्स.

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

और इलेक्ट्रॉन की गति वीसमीकरण से निर्धारित किया जा सकता है

कहाँ एम– इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान, समीकरण (20) के रूप में परिवर्तित किया जा सकता है

, .(21)

इस समीकरण को सीमा शर्तों के साथ पूरक किया जाना चाहिए

ये सीमा स्थितियाँ इस तथ्य से उत्पन्न होती हैं कि कैथोड सतह पर क्षमता और विद्युत क्षेत्र की ताकत गायब हो जानी चाहिए। समीकरण (21) के दोनों पक्षों को इससे गुणा करना डीजे /डीएक्स, हम पाते हैं

.(23)

ध्यान में रख कर

(24ए)

और ,(24बी)

हम फॉर्म में (23) लिखते हैं

.(25)

अब हम समीकरण (25) के दोनों पक्षों को एकीकृत कर सकते हैं एक्स 0 से लेकर उस मान तक एक्स, जिस पर क्षमता बराबर है जे . फिर, सीमा शर्तों (22) को ध्यान में रखते हुए, हम प्राप्त करते हैं

से लेकर दोनों भागों (27) को एकीकृत करना एक्स=0, जे =0 से एक्स=1, जे= वी ए, हम पाते हैं

.(28)

समानता के दोनों पक्षों का वर्ग करके (28) और वर्तमान घनत्व को व्यक्त करें जेसे ए(21) के अनुसार, हम पाते हैं

.(30)

सूत्र (29) को लैंगमुइर का "तीन-सेकंड नियम" कहा जाता है।

यह नियम मनमाने आकार के इलेक्ट्रोड के लिए मान्य है। संख्यात्मक गुणांक की अभिव्यक्ति इलेक्ट्रोड के आकार पर निर्भर करती है। ऊपर प्राप्त सूत्र कैथोड और एनोड के बीच के स्थान में क्षमता, विद्युत क्षेत्र की ताकत और इलेक्ट्रॉन घनत्व के वितरण की गणना करना संभव बनाते हैं। अभिव्यक्ति का एकीकरण (26) से लेकर एक्स=0 मान जब विभव बराबर हो जे , रिश्ते की ओर ले जाता है

वे। क्षमता कैथोड से दूरी के अनुपात में भिन्न होती है एक्स 4/3 की घात तक. यौगिक डीजे/ डीएक्सइलेक्ट्रोड के बीच विद्युत क्षेत्र की ताकत को दर्शाता है। (26) के अनुसार, विद्युत क्षेत्र की ताकत का परिमाण इ ~एक्स 19 . अंत में, इलेक्ट्रॉन सांद्रता

(32)

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

निर्भरताएँ जे (एक्स ), इ(एक्स) और एन(एक्स) चित्र में दिखाया गया है। 15. यदि एक्स→0, तो एकाग्रता अनंत की ओर प्रवृत्त होती है। यह कैथोड पर इलेक्ट्रॉनों के तापीय वेग की उपेक्षा का परिणाम है। वास्तविक स्थिति में, थर्मिओनिक उत्सर्जन के दौरान, इलेक्ट्रॉन कैथोड को शून्य गति से नहीं, बल्कि एक निश्चित सीमित उत्सर्जन गति के साथ छोड़ते हैं। इस मामले में, कैथोड के पास एक छोटा रिवर्स विद्युत क्षेत्र होने पर भी एनोड करंट मौजूद रहेगा। नतीजतन, वॉल्यूम चार्ज घनत्व ऐसे मानों में बदल सकता है कि कैथोड के पास की क्षमता नकारात्मक मानों तक कम हो जाती है (चित्र 16)। जैसे-जैसे एनोड वोल्टेज बढ़ता है, न्यूनतम क्षमता कम हो जाती है और कैथोड के पास पहुंचती है (चित्र 16 में वक्र 1 और 2)। एनोड पर पर्याप्त उच्च वोल्टेज पर, न्यूनतम क्षमता कैथोड के साथ विलीन हो जाती है, कैथोड पर क्षेत्र की ताकत शून्य हो जाती है और निर्भरता जे (एक्स) दृष्टिकोण (29), प्रारंभिक इलेक्ट्रॉन वेग (चित्र 16 में वक्र 3) को ध्यान में रखे बिना गणना की गई। उच्च एनोडिक वोल्टेज पर, स्पेस चार्ज लगभग पूरी तरह से विघटित हो जाता है और कैथोड और एनोड के बीच की क्षमता एक रैखिक कानून (वक्र 4, चित्र 16) के अनुसार बदल जाती है।

इस प्रकार, प्रारंभिक इलेक्ट्रॉन वेगों को ध्यान में रखते हुए, इंटरइलेक्ट्रोड स्पेस में संभावित वितरण, "तीन सेकंड" कानून प्राप्त करते समय आदर्श मॉडल का आधार से काफी भिन्न होता है। इससे एनोड वर्तमान घनत्व में परिवर्तन और निर्भरता होती है। चित्र में दिखाए गए संभावित वितरण के मामले के लिए प्रारंभिक इलेक्ट्रॉन वेगों को ध्यान में रखते हुए गणना। 17, और बेलनाकार इलेक्ट्रोड के लिए कुल थर्मिओनिक उत्सर्जन धारा के लिए निम्नलिखित निर्भरता देता है मैं (मैं=जे एस, कहाँ एस- थर्मोकरंट का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र):

.(33)

विकल्प एक्स एमऔर वीएमनिर्भरता के प्रकार से निर्धारित होता है जे (एक्स), उनका अर्थ चित्र से स्पष्ट है। 17. पैरामीटर एक्स एम कैथोड से उस दूरी के बराबर जिस पर विभव अपने न्यूनतम मान तक पहुंचता है = वीएम. कारक सी(एक्स एम), के अलावा एक्स एम, कैथोड और एनोड की त्रिज्या पर निर्भर करता है। समीकरण (33) एनोड वोल्टेज में छोटे बदलावों के लिए मान्य है, क्योंकि और एक्स एम और वीएम, जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, एनोड वोल्टेज पर निर्भर करता है।

इस प्रकार, "तीन सेकंड" का नियम सार्वभौमिक नहीं है; यह केवल वोल्टेज और धाराओं की अपेक्षाकृत संकीर्ण सीमा में मान्य है। हालाँकि, यह एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण में करंट और वोल्टेज के बीच अरेखीय संबंध का एक स्पष्ट उदाहरण है। करंट-वोल्टेज विशेषता की गैर-रैखिकता रेडियो और इलेक्ट्रिकल सर्किट के कई तत्वों की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता है, जिसमें सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स के तत्व भी शामिल हैं।

भाग 2. प्रयोगशाला कार्य

7. थर्मिओनिक उत्सर्जन के अध्ययन के लिए प्रायोगिक सेटअप

प्रयोगशाला कार्य संख्या 1 और 2 एक प्रयोगशाला स्थापना पर किया जाता है, जिसे एक सार्वभौमिक प्रयोगशाला स्टैंड के आधार पर कार्यान्वित किया जाता है। इंस्टॉलेशन आरेख चित्र में दिखाया गया है। 18. मापने वाले अनुभाग में प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से गर्म कैथोड के साथ एक ईएल वैक्यूम डायोड होता है। मापने वाले अनुभाग का फ्रंट पैनल फिलामेंट "इनकैंडेसेंट", एनोड "एनोड" और कैथोड "कैथोड" के संपर्क प्रदर्शित करता है। फिलामेंट स्रोत B5-44A प्रकार का एक स्थिर प्रत्यक्ष धारा स्रोत है। आरेख में I आइकन इंगित करता है कि स्रोत वर्तमान स्थिरीकरण मोड में काम करता है। प्रत्यक्ष धारा स्रोत के साथ काम करने की प्रक्रिया इस उपकरण के तकनीकी विवरण और संचालन निर्देशों में पाई जा सकती है। प्रयोगशाला कार्य में उपयोग किए जाने वाले सभी विद्युत माप उपकरणों के लिए समान विवरण उपलब्ध हैं। एनोड सर्किट में एक स्थिर प्रत्यक्ष वर्तमान स्रोत B5-45A और एक सार्वभौमिक डिजिटल वोल्टमीटर B7-21A शामिल है, जिसका उपयोग थर्मल डायोड के एनोड वर्तमान को मापने के लिए प्रत्यक्ष वर्तमान माप मोड में किया जाता है। एनोड वोल्टेज और कैथोड हीटिंग करंट को मापने के लिए, आप पावर स्रोत में निर्मित उपकरणों का उपयोग कर सकते हैं या कैथोड पर वोल्टेज के अधिक सटीक माप के लिए एक अतिरिक्त वोल्टमीटर RV7-32 कनेक्ट कर सकते हैं।

मापने वाले अनुभाग में विभिन्न कार्यशील कैथोड फिलामेंट धाराओं के साथ वैक्यूम डायोड हो सकते हैं। रेटेड फिलामेंट करंट पर, डायोड स्पेस चार्ज द्वारा एनोड करंट को सीमित करने के मोड में काम करता है। प्रयोगशाला कार्य क्रमांक 1 को निष्पादित करने के लिए यह विधा आवश्यक है। प्रयोगशाला कार्य संख्या 2 कम फिलामेंट धाराओं पर किया जाता है, जब अंतरिक्ष आवेश का प्रभाव नगण्य होता है। फिलामेंट करंट सेट करते समय, आपको विशेष रूप से सावधान रहना चाहिए, क्योंकि किसी दिए गए वैक्यूम ट्यूब के लिए इसके नाममात्र मूल्य से ऊपर फिलामेंट करंट की अधिकता कैथोड फिलामेंट के जलने और डायोड की विफलता की ओर ले जाती है। इसलिए, काम की तैयारी करते समय, अपने शिक्षक या इंजीनियर से काम में उपयोग किए गए डायोड के ऑपरेटिंग फिलामेंट करंट के मूल्य की जांच करना सुनिश्चित करें; डेटा को अपनी कार्यपुस्तिका में लिखना सुनिश्चित करें और रिपोर्ट बनाते समय इसका उपयोग करें प्रयोगशाला कार्य।

8. प्रयोगशाला कार्य क्रमांक 1. अंतरिक्ष आवेश के प्रभाव का अध्ययन वाल्ट-एम्पीयरथर्मल वर्तमान विशेषताएँ

कार्य का उद्देश्य: एनोड वोल्टेज पर थर्मिओनिक उत्सर्जन धारा की निर्भरता का प्रायोगिक अध्ययन, "तीन-सेकंड" कानून में घातांक का निर्धारण।

वाल्ट-एम्पीयरथर्मिओनिक उत्सर्जन धारा की विशेषता "तीन सेकंड" के नियम द्वारा वर्णित है (धारा 6 देखें)। डायोड संचालन का यह तरीका पर्याप्त उच्च कैथोड फिलामेंट धाराओं पर होता है। आमतौर पर, रेटेड फिलामेंट करंट पर, वैक्यूम डायोड करंट स्पेस चार्ज द्वारा सीमित होता है।

इस प्रयोगशाला कार्य को करने के लिए प्रायोगिक सेटअप अनुभाग में वर्णित है। 7. काम के दौरान, रेटेड फिलामेंट करंट पर डायोड की करंट-वोल्टेज विशेषता को मापना आवश्यक है। प्रयुक्त वैक्यूम ट्यूब के ऑपरेटिंग करंट स्केल का मूल्य किसी शिक्षक या इंजीनियर से लिया जाना चाहिए और एक कार्यपुस्तिका में लिखा जाना चाहिए।

कार्य - आदेश

1. प्रायोगिक सेटअप के संचालन के लिए आवश्यक उपकरणों के संचालन के विवरण और प्रक्रिया से खुद को परिचित करें। चित्र 18 के अनुसार सर्किट को असेंबल करें। किसी इंजीनियर या शिक्षक द्वारा असेंबल किए गए सर्किट की शुद्धता की जांच करने के बाद ही इंस्टॉलेशन को नेटवर्क से जोड़ा जा सकता है।

2. कैथोड फिलामेंट करंट बिजली आपूर्ति चालू करें और आवश्यक फिलामेंट करंट सेट करें। चूंकि जब फिलामेंट करंट बदलता है, तो फिलामेंट का तापमान और प्रतिरोध बदल जाता है, जिसके परिणामस्वरूप फिलामेंट करंट में बदलाव होता है, क्रमिक सन्निकटन की विधि का उपयोग करके समायोजन किया जाना चाहिए। समायोजन पूरा करने के बाद, आपको फिलामेंट करंट और कैथोड तापमान स्थिर होने के लिए लगभग 5 मिनट तक इंतजार करना होगा।

3. एक स्थिर वोल्टेज स्रोत को एनोड सर्किट से कनेक्ट करें और, एनोड पर वोल्टेज को बदलकर, वर्तमान-वोल्टेज विशेषता को बिंदु दर बिंदु मापें। वर्तमान-वोल्टेज विशेषता को 0...25 V, प्रत्येक 0.5...1 V की सीमा में लें।

मैं एक(वी ए), कहाँ मैं एक- एनोड करंट, वी ए- एनोड वोल्टेज.

5. यदि एनोड वोल्टेज में परिवर्तन की सीमा को छोटा माना जाता है, तो मान एक्स एम, सी(एक्स,एन) और वीएम, सूत्र (33) में शामिल, स्थिरांक लिया जा सकता है।अत्याधिक वी एआकार वीएमउपेक्षित किया जा सकता है. परिणामस्वरूप, सूत्र (33) थर्मोकरंट घनत्व से संक्रमण के बाद रूप में परिवर्तित हो जाता है जेइसके पूर्ण मूल्य पर मैं)

6. सूत्र (34) से मान ज्ञात कीजिए साथवर्तमान-वोल्टेज विशेषता पर एनोड वोल्टेज के तीन अधिकतम मूल्यों के लिए। प्राप्त मूल्यों के अंकगणितीय माध्य की गणना करें। इस मान को सूत्र (33) में प्रतिस्थापित करते हुए मान निर्धारित करें वीएमएनोड पर तीन न्यूनतम वोल्टेज मानों के लिए और अंकगणितीय माध्य मान की गणना करें वीएम.

7. प्राप्त मूल्य का उपयोग करना वीएम, एलएन की निर्भरता को प्लॉट करें मैं एकएलएन से( वी ए+|वीएम|). इस ग्राफ के कोण की स्पर्शरेखा से निर्भरता की डिग्री निर्धारित करें मैं एक(वी ए+ वीएम). यह 1.5 के करीब होना चाहिए.

8. कार्य पर एक रिपोर्ट तैयार करें.

रिपोर्ट आवश्यकताएँ

5. कार्य पर निष्कर्ष.

प्रश्नों पर नियंत्रण रखें

1. तापायनिक उत्सर्जन की घटना को क्या कहा जाता है? एक इलेक्ट्रॉन के कार्य फलन को परिभाषित करें। थर्मोडायनामिक और बाहरी कार्य फ़ंक्शन के बीच क्या अंतर है?

2. ठोस-वैक्यूम इंटरफ़ेस पर संभावित अवरोध की उपस्थिति के कारणों की व्याख्या करें।

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

4. थर्मिओनिक धारा किन परिस्थितियों में देखी जाती है? आप तापायनिक धारा का निरीक्षण कैसे कर सकते हैं? थर्मल डायोड धारा लागू विद्युत क्षेत्र पर कैसे निर्भर करती है?

5. कानून बताएं रिचर्डसन-देशमान

6. थर्मल डायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता पर वॉल्यूमेट्रिक नकारात्मक चार्ज के प्रभाव की गुणात्मक तस्वीर समझाएं। लैंगमुइर का "तीन सेकंड" नियम तैयार करें।

7. अंतरिक्ष आवेश द्वारा सीमित धाराओं पर कैथोड और एनोड के बीच के स्थान में क्षमता, विद्युत क्षेत्र की ताकत और इलेक्ट्रॉन घनत्व का वितरण क्या है?

8. स्पेस चार्ज और प्रारंभिक इलेक्ट्रॉन वेग को ध्यान में रखते हुए, एनोड और कैथोड के बीच वोल्टेज पर थर्मल उत्सर्जन धारा की निर्भरता क्या है? इस निर्भरता को निर्धारित करने वाले मापदंडों का अर्थ स्पष्ट करें;

9. थर्मिओनिक उत्सर्जन के अध्ययन के लिए प्रायोगिक सेटअप के लेआउट की व्याख्या करें। सर्किट के अलग-अलग तत्वों का उद्देश्य स्पष्ट करें।

10. "तीन-सेकंड" के नियम में प्रयोगात्मक रूप से घातांक निर्धारित करने की विधि समझाएं।

9. प्रयोगशाला कार्य क्रमांक 2. कम उत्सर्जन वर्तमान घनत्व पर थर्मिओनिक उत्सर्जन का अध्ययन

कार्य का उद्देश्य: कम कैथोड ताप धारा पर थर्मल डायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं का अध्ययन करना। कैथोड और एनोड के बीच संपर्क संभावित अंतर, कैथोड तापमान के प्रयोगात्मक परिणामों से निर्धारण।

कम तापीय धारा घनत्व पर वाल्ट-एम्पीयरविशेषता में कैथोड और एनोड के बीच संपर्क संभावित अंतर के मापांक के अनुरूप एक विभक्ति बिंदु के साथ एक विशिष्ट उपस्थिति होती है (चित्र 10)। कैथोड तापमान निम्नानुसार निर्धारित किया जा सकता है। आइए समीकरण (12) पर आगे बढ़ें, जो थर्मोकरंट घनत्व से कम वर्तमान घनत्व पर थर्मिओनिक उत्सर्जन की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता का वर्णन करता है जेइसके पूर्ण मूल्य पर मैं(जे=मैं/एस, कहाँ एस- थर्मोकरंट का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र)। फिर हमें मिलता है

कहाँ है– संतृप्ति धारा.

(35) का लघुगणक लेने पर, हमारे पास है

.(36)

इस हद तक कि समीकरण (36) विभक्ति बिंदु के बाईं ओर के क्षेत्र में वर्तमान-वोल्टेज विशेषता का वर्णन करता है, तो कैथोड तापमान निर्धारित करने के लिए इस क्षेत्र में एनोड धाराओं के साथ किन्हीं दो बिंदुओं को लेना आवश्यक है मैं 1, मैं 2और एनोड वोल्टेज यू ए 1, यू ए 2क्रमश। फिर, समीकरण (36) के अनुसार,

यहां से हमें कैथोड तापमान के लिए कार्यशील सूत्र प्राप्त होता है

.(37)

कार्य - आदेश

प्रयोगशाला कार्य करने के लिए आपको यह करना होगा:

1. प्रायोगिक सेटअप के संचालन के लिए आवश्यक उपकरणों के संचालन के विवरण और प्रक्रिया से खुद को परिचित करें। चित्र के अनुसार सर्किट को इकट्ठा करें। 18. किसी इंजीनियर या शिक्षक द्वारा असेंबल किए गए सर्किट की शुद्धता की जांच के बाद ही इंस्टॉलेशन को नेटवर्क से जोड़ा जा सकता है।

2. कैथोड फिलामेंट करंट बिजली आपूर्ति चालू करें और आवश्यक फिलामेंट करंट सेट करें। करंट सेट करने के बाद, आपको फिलामेंट करंट और कैथोड तापमान को स्थिर होने के लिए लगभग 5 मिनट तक इंतजार करना होगा।

3. एक स्थिर वोल्टेज स्रोत को एनोड सर्किट से कनेक्ट करें और, एनोड पर वोल्टेज को बदलकर, वर्तमान-वोल्टेज विशेषता बिंदु दर बिंदु लें। वाल्ट-एम्पीयरप्रत्येक 0.05...0.2 V पर 0...5 V की सीमा में विशेषता लें।

4. माप परिणामों को ln निर्देशांक में एक ग्राफ़ पर प्रस्तुत करें मैं एक(वी ए), कहाँ मैं एक- एनोड करंट, वी ए- एनोड वोल्टेज. चूँकि इस कार्य में संपर्क संभावित अंतर को ग्राफिकल विधि द्वारा निर्धारित किया जाता है, क्षैतिज अक्ष के साथ पैमाने को इस तरह से चुना जाना चाहिए कि निर्धारण की सटीकता वी के.आर.पी 0.1 V से कम नहीं था.

5. वर्तमान-वोल्टेज विशेषता के विभक्ति बिंदु के आधार पर, एनोड और कैथोड के बीच संपर्क संभावित अंतर निर्धारित करें।

6. विभक्ति बिंदु के बाईं ओर वर्तमान-वोल्टेज विशेषता के झुके हुए रैखिक खंड पर बिंदुओं के तीन जोड़े के लिए कैथोड तापमान निर्धारित करें। कैथोड तापमान की गणना सूत्र (37) का उपयोग करके की जानी चाहिए। इन आंकड़ों से औसत तापमान की गणना करें।

7. कार्य पर एक रिपोर्ट तैयार करें.

रिपोर्ट आवश्यकताएँ

रिपोर्ट A4 पेपर की एक मानक शीट पर तैयार की गई है और इसमें शामिल होना चाहिए:

1. सिद्धांत पर बुनियादी जानकारी.

2. प्रायोगिक सेटअप का आरेख और उसका संक्षिप्त विवरण।

3. माप और गणना के परिणाम।

4. प्राप्त प्रयोगात्मक परिणामों का विश्लेषण।

5. कार्य पर निष्कर्ष.

प्रश्नों पर नियंत्रण रखें

1. इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के प्रकारों की सूची बनाएं। प्रत्येक प्रकार के इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन में इलेक्ट्रॉनों के निकलने का क्या कारण है?

2. तापायनिक उत्सर्जन की घटना की व्याख्या करें। किसी ठोस से इलेक्ट्रॉन के कार्य फलन को परिभाषित करें। ठोस-वैक्यूम इंटरफ़ेस पर संभावित अवरोध के अस्तित्व को कोई कैसे समझा सकता है?

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

4. कानून बताएं रिचर्डसन-देशमान. इस नियम में शामिल मात्राओं का भौतिक अर्थ स्पष्ट करें।

5. कम उत्सर्जन वर्तमान घनत्व पर थर्मिओनिक कैथोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता की विशेषताएं क्या हैं? कैथोड और एनोड के बीच संपर्क संभावित अंतर इसे कैसे प्रभावित करता है?

6. शोट्की प्रभाव क्या है? इस प्रभाव को कैसे समझाया गया है?

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

8. इस लैब में कैथोड तापमान कैसे निर्धारित किया जाएगा?

9. इस कार्य में संपर्क संभावित अंतर निर्धारित करने की विधि समझाएं।

10. प्रयोगशाला सेटअप के व्यक्तिगत तत्वों के आरेख और उद्देश्य की व्याख्या करें।