Электронная эмиссия

Электронная эмиссия

Процесс испарения, излучения или выхода электронов проводимости из металлов называется — электронной эмиссией. Этот процесс  играет исключительно важную роль в  сварочной дуге. Электронная эмиссия  подразделяется: на эмиссию электронов вследствие бомбардировки металла  ионами, фотоэлектронную, термоэлектронную и автоэлектронную эмиссию.

Эмиссия электронов за счет потока ионов заключается  в том, что положительные ионы, ударяясь о поверхность катода при  нейтрализации, выделяют тепловую и  лучистую энергию, за счет которой и  происходит эмитирование электронов с катода во внешнюю среду. Эмиссия электронов вызывается главным образом положительными ионами, так как отрицательные ионы в катодной зоне испытывают торможение. Энергия, выделившаяся в результате ударов положительных ионов о катод за счет потенциальной и кинетической энергии ионов, способствует увеличению скорости плавления электродного и основного металла.

Фотоэлектронная эмиссия заключается в том, что  лучистая энергия, действуя на поверхность  катода, сообщает необходимую энергию  электронам для их выхода. Лучистая энергия вызывает выход электронов не только из катода, но и из материалов, входящих в состав покрытий. Чем  будет короче длина световой волны, тем больше выделится электронов с поверхности катода.

Термоэлектронная  эмиссия — это процесс выхода электронов проводимости с накаленной поверхности отрицательного полюса (катода) при нагревании электрода. При нагревании электрода кинетическая энергия электрона становится больше работы выхода, необходимой для преодоления  электростатического притяжения электрона, и последний, теряя связь с ядром, вылетает с поверхности электрода. С увеличением температуры нагрева торца электрода кинетическая энергия электрона увеличивается, а сила электростатического притяжения его уменьшается, благодаря чему число вырываемых электронов увеличивается. При термоэлектронной эмиссии происходит охлаждение электрода, так как при выходе электроны уносят с собой большое количество энергии. Выход электронов зависит от свойств и чистоты поверхности металла. Если, например, в состав вольфрамового электрода ввести 0,5% окиси тория (ТhO2), то эмиссия такого торированного электрода значительно повысится.

Автоэлектронная эмиссия — это эмиссия электронов за счет силового электрического поля. Она возможна при высоких и  низких температурах катода. Явление  выхода электронов при низких температурах объясняется тем, что внешнее  электрическое поле сообщает электрону  такую энергию, которая позволяет  ему выйти за пределы поверхности  металла.

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.

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).