Электрический ток в вакууме

Электрический ток в вакууме

Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Опыт Ейхенвальда и ток смещения
Если в вакуумной трубке установить электроды в соединить их с источником высокого напряжения, а из катоду при этом будут выходить электроны (например за счет термоэлектронной эмиссии, или фотоэмиссии, и тому подобное), то в такой трубке будет протекать электрический ток в вакууме от катоду к аноду. Поток электронов из катоду часто называют катодным лучом.

Электроны, исходя из катоду из сравнительно небольшими скоростями, разгоняются во время ускоренного движения от катода к аноду электрическим полем с напряжением и подходят к аноду с кинетической энергией, которая равняется энергии пол.

Во время столкновения с анодом электроны резко тормозятся, что приводит к разогреву аноду, а также, - при сравнительно больших напряжениях,- может повлечь рентгеновское излучение из аноду (так называемое тормозное рентгеновское лучи, которое одним из первых наблюдал в лампе собственной конструкции профессор Венского университета, украинец Иван Пулюй).

Термоэлектронная эмиссия, или излучение электронов разогретыми поверхностями металлов, связано с увеличением кинетической энергии свободных электронов металла во время нагревания. Если бы выйти из металла электрон должен преодолеть определен энергетический барьер, который удерживает его в металле. Этот энергетический барьер называют работой выхода - так называемый потенциал выхода.
Если температура металла достаточно высока, то часть электронов, особенно те, которые занимают энергетические состояния выше энергии Ферме, получают шансы выйти из металла, преодолев барьер за счет тепловой энергии. Плотность электрического тока в вакууме термоэлектронной эмиссии подчиняется закону Ричардсона.
Как видно из плотность тока термоелектронной эмиссии быстро растет с температурой по экспоненциальному закону Ричардсона.
Ток в вакууме обусловлен механическим движением электронов от катоду к аноду, следовательно он является разновидностью тока проводимости. Впрочем существуют также токи, которые не связаны с механическим движением зарядов.

Экспериментально такой ток наблюдал Ейхенвальд, который расположил магнитную стрелку между обложками большого вакуумного конденсатору. Когда конденсатор разряжался, то механическое движение зарядов (обычный ток проводимости) существовало лишь во внешнем кругу конденсатора, тогда как в промежутке между обложками движения зарядов не было и не могло быть, поскольку термоэлектронная эмиссия исключалась через низкую температуру.
А впрочем магнитная стрелка, вмещенная в этот промежуток реагировала так же, если бы Ейхенвальд поместил ее вблизи от проводника с током (как в свое время и сделал Эрстед). Магнитная стрелка реагировала на магнитное поле тока, порожденное переменным электрическим полем между обложками конденсатора. Ейхенвальд предложил для замеченного им явления название "ток смещения", подчеркивая его отличие от обычного "тока проводимости", связанного с механическим движением заряженных частиц. Таким образом, электрический ток в вакууме смещения связан с изменением электрического поля, но не с механическим движением зарядов.