1.5 Электрический ток в вакууме

Электронная эмиссия. Если два электрода поместить в герметичный сосуд и удалить из сосуда воздух, то, как показывает опыт, электри­ческий ток в вакууме не возникает. Причина заключается в том, что в вакууме нет заряженных частиц, спо­собных переносить электрические заряды от одного электрода к дру­гому. Заряженные частицы — элект­роны и положительно заряженные ионы — есть в каждом из электро­дов, но они не могут выйти в ва­куум, так как удерживаются сила­ми кулоновского притяжения друг к другу.

Для освобождения электрона с поверхности твердого тела нужно совершить работу против сил элект­ростатического притяжения, дейст­вующих на отрицательный электрон со стороны положительно заряжен­ных атомных ядер. Работа, которую нужно совершить для освобождения электрона с поверхности тела, назы­вается работой выхода. Работа вы­хода обычно выражается в электрон-вольтах и для большинства метал­лов лежит в пределах от 2 до 6 эВ. Например, для цезия она равна 1,8 эВ, для серебра 4 эВ, для никеля 4,9 эВ.

Американский ученый и изобрета­тель Т. А. Эдисон в 1879 г. обнару­жил, что в вакуумной стеклянной колбе может возникнуть электриче­ский ток, если один из находящихся в ней электродов нагреть до высокой температуры.

Явление испускания свободных электронов с поверхности нагретых тел называется термоэлектронной эмиссией.

Явление термоэлектронной эмис­сии объясняется тем, что при по­вышении температуры тела увеличи­вается кинетическая энергия некото­рой части электронов в веществе. Если кинетическая энергия электро­на превысит работу выхода, то он может преодолеть действие сил при­тяжения со стороны положительных ионов и выйти с поверхности тела в вакуум.

Электронно-лучевая трубка

Прибор, в котором используется пу­чок электронов, свободно летящих в пространстве за анодом, называется электронно-лучевой трубкой. Источником электронов в элек­тронно-лучевой трубке служит ка­тод 2, нагреваемый нитью нака­ла 1. Электроны разгоняются элект­рическим полем между катодом и двумя анодами 4 и 5. Изменяя на­пряжение на аноде 4, можно фоку­сировать электронный пучок 8, т. е. изменять площадь поперечного сече­ния электронного пучка на экране. Изменяя напряжение между катодом 2 и управляющим электродом 3, можно изменять интенсивность элек­тронного пучка (яркость пятна на эк­ране).

Внутренняя поверхность стеклянного баллона электронно-лучевой трубки напротив анода, покрытая тонким слоем кристаллов, представляет экран 9. Поток электронов, пролетевших через отверстие в аноде электронно-лучевой трубки — электронный пучок,— вызывает свечение кристаллов, и сквозь стекло экрана видно светящееся пятно в месте попадания электронов на экран.

С помощью электрических или магнитных полей можно управлять движением электронов на их пути и заставить электронный пучок «ри­совать» любую картину на экране.

Это используется для создания изображений на экране электронно­лучевой трубки телевизора, называе­мой кинескопом. В кинескопе управление электронным пучком осуществляется с помощью переменного магнитного поля, создаваемого двумя катушками, надетыми на горлови­ну трубки.

В трубке электронно-лучевого осциллографа между анодом и экраном находятся две пары параллель­ных металлических пластин 6 и 7. Эти пластины называются управляю­щими электродами. Одна пара плас­тин расположена вертикально, а дру­гая горизонтально. Если подать на­пряжение на вертикально располо­женные пластины, то электронный пучок будет отклоняться в горизон­тальном направлении, подача напряжения на горизонтальные пластины; вызывает вертикальное смещение пучка. Смещение пятна на экране трубки пропорционально приложен­ному напряжению, поэтому электронный осциллограф может использоваться в качестве электроизмери­тельного прибора.