41. Электрический ток в вакууме.
В вакууме отсутствуют заряженные частиц, а следовательно, он является диэлектриком. Т.е. необходимо создать определенные условия, которые помогут получить заряженные частицы.
Свободные электроны есть в металлах. При комнатной температуре они не могут покинуть металл, т. к. удерживаются в нем силами кулоновского притяжения со стороны положительных ионов. Для преодоления этих сил электрону необходимо затратить определенную энергию, которая называется работой выхода. Энергию, большую или равную работе выхода, электроны могут получить при разогреве металла до высоких температур.
При нагревании металла количество электронов с кинетической энергией, большей работы выхода, увеличивается, поэтому из металла вылетает большее количество электронов. Испускание электронов из металлов при его нагревании называют термоэлектронной эмиссией. Для осуществления термоэлектронной эмиссии в качестве оного из электродов используют тонкую проволочную нить из тугоплавкого металла (нить накала). Подключенная к источнику тока нить раскаляется и с ее поверхности вылетают электроны. Вылетевшие электроны попадают в электрическое поле между двумя электродами и начинают двигаться направленно, создавая электрический ток.
Явление термоэлектронной эмиссии лежит в основе принципа действия электронных ламп: вакуумного диода, вакуумного триода.
Вакуумный диод Вакуумный триод
Вольт-амперная характеристика вакуумного диода.
Зависимость силы тока от напряжения выражена кривой ОАВСD.
При испускании электронов катод приобретает положительный заряд и поэтому удерживает возле себя электроны. При отсутствии электрического поля между катодом и анодом, вылетевшие электроны образуют у катода электронное облако.
По мере увеличения напряжения между анодом и катодом большее количество электронов устремляется к аноду, а следовательно сила тока увеличивается. Эта зависимость выражена участком графика ОАВ. Участок АВ является характеризует прямую зависимость силы тока от напряжения, т.е. в интервале напряжений U1 - U2 выполняется закон Ома.
Нелинейная зависимость на участке ВСD объясняется тем, что число электронов, устремляющихся к аноду, стает больше числа электронов, вылетающих с катода.
При достаточно большом значении напряжения U3 все электроны, вылетающие с катода, достигают анода, и электрический ток достигает насыщения.
Так же в качестве источника заряженных частиц можно использовать радиоактивный препарат, испускающий α-частицы.Под действием сил электрического поля α-частицы будут двигаться, т.е. возникнет электрический ток.
Таким образом, электрический ток в вакууме может быть создан упорядоченным движением любых заряженных частиц (электронов, ионов).
Термоэлектро́нная эми́ссия (эффект Ричардсона, эффект Эдисона) — явление испускания электронов нагретыми телами. Концентрация свободных электронов в металлах достаточно высока, поэтому даже при средних температурах вследствие распределения электронов по скоростям (по энергии) некоторые электроны обладают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера на границе металла. С повышением температуры число электронов, кинетическая энергия теплового движения которых больше работы выхода, растет, и явление термоэлектронной эмиссии становится заметным.
Электровакуумный диод — вакуумная двухэлектродная электронная лампа. Катод диода нагревается до температур, при которых возникает термоэлектронная эмиссия. При подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения все эмитированные катодом электроны возвращаются на катод, при подаче на анод положительного напряжения часть эмитированных электронов устремляется к аноду, формируя его ток. Таким образом, диод выпрямляет приложенное к нему напряжение. Это свойство диода используется для выпрямления переменного тока и детектирования сигналов высокой частоты. Практический частотный диапазон традиционного вакуумного диода ограничен частотами до 500 МГц. Дисковые диоды, интегрированные в волноводы, способны детектировать частоты до 10 ГГц[1].
Свойство
Вакуумный диод обладает односторонней проводимостью (т. е. пропускает ток только в одном направлении при определенной полярности включения: на аноде + на катоде -) используется для выпрямления переменного тока
Применение
Выпрямления электрического тока
Эле́ктрова́куумный трио́д, или просто трио́д, — электронная лампа, позволяющая входным сигналом управлять током в электрической цепи. Имеет три электрода: термоэлектронный катод (прямого или косвенного накала), анод и одну управляющую сетку. Изобретён и запатентован в 1906 году американцем Ли де Форестом.
Применение
Обычно используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов.
Электро́нно-лучева́я тру́бка[1] (ЭЛТ), кинеско́п — электровакуумный прибор, преобразующий электрические сигналы в световые.
В строгом смысле, электронно-лучевыми трубками называют[2] ряд электронно-лучевых приборов, одним из которых является кинескоп.
Принципиальное устройство:
электронная пушка, предназначена для формирования электронного луча, в цветных кинескопах и многолучевых осциллографических трубках объединяются в электронно-оптический прожектор;
экран, покрытый люминофором — веществом, светящимся при попадании на него пучка электронов;
отклоняющая система, управляет лучом таким образом, что он формирует требуемое изображение.
Применение
Электронно-лучевые трубки в зависимости от их свойств и параметров находят очень широкое применение в измерительных приборах, в частности осциллографах (осциллоскопах), в качестве трубок, воспроизводящих колебания токов и напряжений, в радиолокационной технике и телевидении, в качестве приемных трубок — кинескопов.
42. Магнитное поле - это особый вид материи, специфической особенностью которой является действие на движущийся электрический заряд, проводники с током, тела, обладающие магнитным моментом, с силой, зависящей от вектора скорости заряда, направления силы тока в проводнике и от направления магнитного момента тела.
«Википедия»----Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения[1]; магнитная составляющая электромагнитного поля[
«Википедия»---Зако́н Ампе́ра —
закон взаимодействия электрических
токов. Впервые был установлен
Андре
Мари Ампером в 1820
для постоянного тока. Из закона Ампера
следует, что параллельные проводники
с электрическими токами, текущими в
одном направлении, притягиваются, а в
противоположных — отталкиваются.
Законом Ампера называется также закон,
определяющий силу, с которой магнитное
поле действует на малый отрезок
проводника с током. Выражение для силы
,
с которой магнитное поле действует на
элемент объёма
проводника
с током плотности
,
находящегося в магнитном поле с индукцией
,
в Международной
системе единиц (СИ) имеет вид:
.
Закон Ампера — закон взаимодействия
постоянных токов.
Установлен Андре
Мари Ампером в 1820.
Из закона Ампера следует, что параллельные
проводники
с постоянными токами, текущими в одном
направлении, притягиваются, а в
противоположном — отталкиваются.
Законом Ампера называется также закон,
определяющий силу, с которой магнитное
поле действует на малый отрезок
проводника с током. Сила
,
с которой магнитное поле действует на
элемент объёма dV проводника с током
плотности
,
находящегося в магнитном поле с индукцией
:
.
Если ток течёт по тонкому проводнику,
то
,
где
—
«элемент длины» проводника — вектор,
по модулю равный dl и совпадающий по
направлению с током. Тогда предыдущее
равенство можно переписать следующим
образом:
Сила , с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна силе тока I в проводнике и векторному произведению элемента длины проводника на магнитную индукцию :
|
.Направление силы определяется по правилу вычисления векторного произведения, которое удобно запомнить при помощи правила левой руки.
Модуль силы Ампера можно найти по формуле:
,
где α — угол между векторами магнитной индукции и тока.
Сила dF максимальна когда элемент
проводника с током расположен
перпендикулярно линиям магнитной
индукции (
):
.
Два параллельных проводника
Два бесконечных параллельных проводника в вакууме
Наиболее известным примером, иллюстрирующим силу Ампера, является следующая задача. В вакууме на расстоянии r друг от друга расположены два бесконечных параллельных проводника, в которых в одном направлении текут токи I1 и I2. Требуется найти силу, действующую на единицу длины проводника.
Бесконечный проводник с током I1 в точке на расстоянии r создаёт магнитное поле с индукцией:
(по
закону
Био —
Савара —
Лапласа).
Теперь по закону Ампера найдём силу, с которой первый проводник действует на второй:
По правилу буравчика,
направлена
в сторону первого проводника (аналогично
и для
,
а значит, проводники притягиваются).
Модуль данной силы (r — расстояние между проводниками):
Интегрируем, учитывая только проводник единичной длины (пределы l от 0 до 1):
43. Магнитное поле - это особый вид материи, специфической особенностью которой является действие на движущийся электрический заряд, проводники с током, тела, обладающие магнитным моментом, с силой, зависящей от вектора скорости заряда, направления силы тока в проводнике и от направления магнитного момента тела.
«Википедия»----Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения[1]; магнитная составляющая электромагнитного поля[