«Электрический ток в вакууме»

1.      В вакууме нет вещества, следовательно и свободных

электрических зарядов, поэтому электрического тока в нем быть не должно. Но  в 1883 году американский изобретатель Томас Эдисон решил ввести в изобретенную им лампу накаливания, металлический электрод. Собрав схему ( рис.1),  он обнаружил электрический ток в вакууме. Причиной возникновения электрического тока стало явление - термоэлектронная эмиссия, это явление испускания металлом электронов, под действием высокой температуры.

                                                                                                         Рис.1.    

Электрический ток в вакууме будем изучать с помощью демонстрационного вакуумного диода.

 Демонстрационный вакуумный диод ( рис 2) состоит из баллона 1, из которого            выкачан воздух, нити накала (катода) 2, анода 3 с выводом 7.

    К клеммам 5  для разогрева нити накала подключался источник тока на 6,3 В.    К спирали нити накала (катода) подключали минус анодного источника питания, а к аноду, через гальванометр подключали плюс источника питания.

           Рис.2.

Нить накала ( катод) нагревали, вследствие чего она начинала испускать электроны                ( рис.3). Эти электроны образовывали вокруг катода электронное облако. При подключении к катоду - и аноду + источника анодного питания, электроны двигались от катода к аноду, т.е. возникал электрический ток.

              Рис.3.   

Опыт 1. Термоэлектронная эмиссия.

Соберем электрическую цепь,  состоящую из демонстрационного вакуумного диода, электрометра и источника постоянного тока ВУП-2 ( рис.4). На нить накала вакуумного диода подадим напряжение 6,3 В, для этого подключим ее к клеммам ~ 6,3 В выпрямителя ВУП 2. Анод вакуумного диода подключим к электрометру.

Включим источник постоянного тока ВУП-2. После разогревания нити накала ( катода) стрелка электрометра отклонится.

Рис.4. 

Проблема. Почему стрелка электрометра отклонится ?

Ответ. При нагревании нити накала вакуумного диода из нее начинают вылетать электроны. Так как они имеют значительную начальную скорость, то многие из них долетают                                               до анода и оседают на нем, вследстие чего анод заряжается отрицательно. Так как анод диода соединен с электрометром, то электрометр тоже заряжается отрицательно. Это можно доказать если поднести к электрометру наэлектризованную эбонитовую палочку. Отклонение стрелки при этом должно увеличиться, так как в стрелку и металлический стержень электрометра придут дополнительные электроны из верхней части электрометра.

Опыт 2. Соберем электрическую цепь, состоящую из вакуумного диода, амперметра работающего в режиме гальванометра, реостата в цепи накала и источника питания ВУП-2 согласно рисунку 5.

  Включим источник питания. После разогрева нити накала вакуумного диода подадим анодное напряжение.  

Амперметр  покажет наличие  электрического тока анодной в цепи.

Проблема. Почему по анодной цепи течет электрический ток ?  Ведь в диоде находится вакуум, следовательно, носители электрического тока отсутствуют, поэтому электрического тока в нем не может быть..

Ответ. Электрический ток в анодной цепи течет потому, что при нагревании катода из него вылетают свободные электроны                       ( ( возникает  термоэлектронная эмиссия), образуя электронное облако. Электроны из этого электронного облака под действием электрического поля, которое создано между катодом и анодом движутся от катода  к аноду, создавая электрический ток.

                                                                                            Рис. 5.

Опыт 3. Увеличим анодное напряжение.

Проблема. Почему с увеличение анодного напряжения сила тока увеличится ?

Ответ. При увеличении анодного напряжения увеличивается сила Кулона  действующая на электроны в электроном облачке, поэтому большее количество электронов вылетает из электронного облачка и достигает анода. Следовательно сила тока увеличивается ( рис. 6).

                Рис.6.

Опыт 4. Уменьшим напряжение накала. С этой целью уменьшим сопротивление в цепи накала диода.

Проблема. Как изменится сила тока в диоде ?                                                                      

Ответ. Сила тока в диоде уменьшится , так как из нити накала будет вылетать меньшее количество электронов, следовательно электронное облачко будет меньше.