Что называют термоэлектронной эмиссией
Термоэлектронная эмиссия
Лекция Эмиссия
Электронная эмиссия – это испускание электронов поверхностью твёрдого тела или жидкости. Чтобы перейти из твёрдого тела в вакуум, т.е. эмитировать, электрон должен преодолеть потенциальный барьер, т.е. совершить работу выхода. Эмиссия присутствует всегда, поскольку всегда имеются электроны с энергией, превосходящей работу выхода. Однако в нормальных условиях их достаточно мало. Чтобы процесс эмиссии стал заметен и постоянен, необходимо:
Рисунок 1.1. Общая схема электронной эмиссии
В зависимости от того, каким образом сообщать телу энергию, различают и различные механизмы эмиссии:
В электронике тела, используемые в качестве эмиттеров, называют катодами: термокатодами, фотокатодами, автокатодами.
Термоэлектронная эмиссия
Термоэлектронная эмиссия – это испускание электронов нагретой поверхностью. Эффект протекания тока в вакууме между отрицательным нагретым и положительным электродами был открыт в 1884 г. Эдисоном и объяснён в 1887 г. Томсоном. Ток эмиссии возрастает с температурой тела до определённого значения – тока насыщения.
В итоге, чем выше температура (в разумных пределах) и чем ниже работа выхода материала, тем выше ток насыщения и тем эффективнее катод. Для использования эмиссии в практических целях необходимо иметь в простейшем случает пару электродов: отрицательный катод и положительный относительно электрода анод для создания разности потенциалов и ускорения электронов.
Плотность тока термоэмиссии j0 можно рассчитать по формуле Ричардсона-Дэшмана:
,
r – коэффициент отражения от потенциального барьера;
e – заряд электрона;
j – работа выхода электрона;
k – постоянная Больцмана;
E – напряженность электрического поля, В/м.
Таблица 1.1. Параметры термокатодов
| Материал катода | Ток эмиссии, А/см 2 | Температура нагрева, ºC | Срок службы, час | Применение | Форма катода |
| Металл W, W+Re | 0,1…1 | 2150…2350 | 10000…1000 | Электронная пушка | Спираль |
| Сплав Ir-La, Ir-Ce | 8…150 | 1430…1830 | 100000…1000 | Спираль | |
| Композит Mo-La2O3, WCTh | 2…10 | 1460…1880 | 100000…3000 | Мощные электронные лампы | Спираль |
| LaB6 | 1…30 | 1400…1700 | 1000…200 | Электронная пайка, плавка, ускорители | Различная форма |
| BaO-SrO-СаО | 0,3…3 | 700…900 | 200000…5000 | Электронные лампы, ЭЛТ | Плёнка 20-30 мкм на металлическом керне (Ni) |
| Импрегнированные (диспенсерные) WBa с плёнкой Os | 3…30 | 900…1200 | 200000…1000 | СВЧ (ЛБВ, клистроны) | Различная форма |
Дата добавления: 2016-03-15 ; просмотров: 2327 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Термоэлектронная эмиссия
Полезное
Смотреть что такое «Термоэлектронная эмиссия» в других словарях:
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ — испускание электронов нагретыми телами (эмиттерами) в вакуум или др. среду. Выйти из тела могут только те электроны, энергия к рых больше энергии покоящегося вне эмиттера электрона (см. Работа выхода). Число таких электронов (обычно это электроны … Физическая энциклопедия
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ — испускание эл нов нагретыми телами (эмиттерами) в вакуум или др. среду. Выйти из тела могут только те эл ны, энергия к рых больше энергии эл на, покоящегося вне тела (см. РАБОТА ВЫХОДА). Число таких эл нов в условиях термодинамич. равновесия, в… … Физическая энциклопедия
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ — испускание электронов нагретыми твердыми телами или жидкостями (эмиттерами). Термоэлектронную эмиссию можно рассматривать как испарение электронов из эмиттера. В большинстве случаев термоэлектронная эмиссия наблюдается при температурах… … Большой Энциклопедический словарь
термоэлектронная эмиссия — термоэлектронная эмиссия; отрасл. термоионная эмиссия Электронная эмиссия, обусловленная исключительно тепловым состоянием (температурой) твердого или жидкого тела, испускающего электроны … Политехнический терминологический толковый словарь
термоэлектронная эмиссия — Электронная эмиссия, обусловленная только температурой электрода. [ГОСТ 13820 77] Тематики электровакуумные приборы … Справочник технического переводчика
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ — ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ, «испарение» ЭЛЕКТРОНОВ с поверхности вещества при его нагреве … Научно-технический энциклопедический словарь
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ — испускание электронов нагретыми телами (эмиттерами) в вакуум или др. среду. Явление наблюдается при температурах, значительно превышающих комнатную; в этом случае часть электронов тела приобретает энергию, превышающую (млн. равную) работу выхода… … Большая политехническая энциклопедия
термоэлектронная эмиссия — испускание электронов нагретыми твёрдыми телами или жидкостями (эмиттерами). Термоэлектронную эмиссию можно рассматривать как испарение электронов при их тепловом возбуждении. В большинстве случаев термоэлектронная эмиссия наблюдается при… … Энциклопедический словарь
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ — испускание электронов нагретой поверхностью. Еще до 1750 было известно, что вблизи нагретых твердых тел воздух теряет свое обычное свойство плохого проводника электричества. Однако причина этого явления оставалась неясной до 1880 х годов. В ряде… … Энциклопедия Кольера
термоэлектронная эмиссия — termoelektroninė emisija statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektronų spinduliavimas iš įkaitusių kietųjų kūnų arba skysčių. atitikmenys: angl. thermoelectronic emission rus. термоэлектронная эмиссия … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Термоэлектронная эмиссия: понятие, особенности. Термоэлектронная эмиссия в вакууме
Сегодня в фокусе внимания термоэлектронная эмиссия. Рассматриваются варианты названия эффекта, его проявление в среде и в вакууме. Исследуются температурные пределы. Определяются зависимые составляющие плотности тока насыщения термоэлектронной эмиссии.
Названия эффекта термоэлектронной эмиссии
Термин «термоэлектронная эмиссия» имеет и другие названия. По именам ученых, которые открыли и впервые исследовали это явление, он определяется как эффект Ричардсона или эффект Эдисона. Таким образом, если человеку в тексте книги встретятся эти два словосочетания, он должен помнить, что подразумевается все тот же физический термин. Путаницу внесло разногласие между публикациями отечественных и зарубежных авторов. Советские физики стремились давать законам поясняющие определения.
Термин «термоэлектронная эмиссия» содержит в себе суть явления. Человеку, который видит это словосочетание на странице, сразу понятно, что речь идет о температурном испускании электронов, только остается за кадром, что происходит это непременно в металлах. Но для того и существуют определения, чтобы раскрывать детали. В зарубежной науке очень щепетильно относятся к первенству и авторскому праву. Поэтому ученый, который смог зафиксировать нечто, получает именное явление, а бедные студенты должны фактически наизусть заучивать фамилии первооткрывателей, а не только суть эффекта.
Определение термоэлектронной эмиссии
Явление термоэлектронной эмиссии состоит в том, что из металлов при высокой температуре выходят электроны. Таким образом, нагретое железо, олово или ртуть являются источником этих элементарных частиц. Механизм строится на том, что в металлах существует особая связь: кристаллическая решетка положительно заряженных ядер является как бы общей базой для всех электронов, которые образуют облако внутри структуры.
Таким образом, среди отрицательно заряженных частиц, которые находятся вблизи поверхности, всегда найдутся такие, у которых достаточно энергии, чтобы покинуть объем, то есть преодолеть потенциальный барьер.
Температура эффекта термоэлектронной эмиссии
Благодаря металлической связи вблизи поверхности любого металла найдутся электроны, у которых достаточно сил для преодоления потенциального барьера выхода. Однако из-за этого же разброса энергий одна частица едва отрывается от кристаллической структуры, а другая вылетает и преодолевает некоторое расстояние, ионизируя среду вокруг себя. Очевидно, что чем больше кельвинов в среде, тем больше электронов приобретают способность покинуть объем металла. Таким образом, встает вопрос о том, какова температура термоэлектронной эмиссии. Ответ непрост, и рассматривать мы будем нижнюю и верхнюю границы существования этого эффекта.
Температурные пределы термоэлектронной эмиссии
Связь позитивных и негативных частиц в металлах обладает рядом особенностей, среди которых очень плотное распределение энергий. Электроны, являясь фермионами, занимают каждый свою энергетическую нишу (в отличие от бозонов, которые способны находиться все в одном состоянии). Несмотря на это, разница между ними настолько мала, что спектр может считаться непрерывной, а не дискретной величиной.
В свою очередь это приводит к большой плотности состояний электронов в металлах. Однако даже при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, (напомним, это ноль кельвинов, или примерно минус двести семьдесят три градуса по Цельсию) будут находиться электроны с большей и меньшей энергией, так как все они одновременно не смогут быть в низшем состоянии. Значит, при определенных условиях (тонкая фольга) очень редко выход электрона из металла будет наблюдаться даже при экстремально низких температурах. Таким образом, нижним пределом температуры термоэлектронной эмиссии может считаться значение, близкое к абсолютному нулю.
Однако все эти пределы роднит одно – металл перестает быть твердым телом. А значит, законы и эффекты меняются. И говорить о том, что в расплаве существует термоэлектронная эмиссия, не приходится. Таким образом, верхним пределом этого эффекта становится температура плавления металла.
Термоэлектронная эмиссия в условиях вакуума
Все рассмотренное выше относится к явлению в среде (например, на воздухе или в инертном газе). Теперь обратимся к вопросу, что такое термоэлектронная эмиссия в вакууме. Для этого опишем простейший прибор. В колбу, из которой откачали воздух, помещают тонкий стержень из металла, к которому подводят отрицательный полюс источника тока. Заметим, что материал должен плавиться при достаточно высоких температурах, чтобы во время эксперимента не потерять кристаллическую структуру. Полученный таким образом катод окружают цилиндром из другого металла и подсоединяют к нему положительный полюс. Естественно, анод тоже находится в заполненном вакуумом сосуде. При замыкании цепи получаем ток термоэлектронной эмиссии.
Примечательно то, что в этих условиях зависимость тока от напряжения при не меняющейся температуре катода подчиняется не закону Ома, а закону трех вторых. Еще он назван именем Чайлда (в других версиях Чайлда-Ленгмюра и даже Чайлда-Ленгмюра-Богуславского), а в немецкоязычной научной литературе – уравнением Шоттки. При увеличении напряжения в такой системе в определенный момент все электроны, вырываемые из катода, достигают анода. Это называется током насыщения. На вольт-амперной характеристике это выражается в том, что кривая выходит на плато, и дальнейшее увеличение напряжения не эффективно.
Формула термоэлектронной эмиссии
Таковы особенности, которыми обладает термоэлектронная эмиссия. Формула достаточно сложная, поэтому приводить её здесь не будем. К тому же её легко найти в любом справочнике. Вообще, формулы термоэлектронной эмиссии как таковой не существует, рассматривают только плотность тока насыщения. Эта величина зависит от материала (который определяет работу выхода) и термодинамической температуры. Все остальные составляющие формулы – константы.
На основании термоэлектронной эмиссии работает множество приборов. Например, старые большие телевизоры и мониторы в основе имеют именно этот эффект.
Этот процесс имеет решающее значение для работы различных электронных устройств и может использоваться для выработки электроэнергии (например, термоэмиссионных преобразователей и электродинамических тросов ) или охлаждения. Величина потока заряда резко увеличивается с повышением температуры.
Термин «термоэлектронная эмиссия» теперь также используется для обозначения любого процесса эмиссии заряда с тепловым возбуждением, даже когда заряд излучается из одной твердотельной области в другую.
СОДЕРЖАНИЕ
История
Поскольку электрон не был идентифицирован как отдельная физическая частица до работы Дж. Дж. Томсона в 1897 году, слово «электрон» не использовалось при обсуждении экспериментов, проводившихся до этой даты.
Закон Ричардсона
После идентификации электрона Дж. Дж. Томсоном в 1897 году британский физик Оуэн Уилланс Ричардсон начал работу над темой, которую он позже назвал «термоэлектронной эмиссией». Он получил Нобелевскую премию по физике в 1928 г. «за работу над термоэмиссионным явлением и особенно за открытие закона, названного его именем».
А грамм знак равно λ р А 0 <\ Displaystyle A _ <\ mathrm 
Фактически, примерно к 1930 году было достигнуто согласие о том, что из-за волнообразной природы электронов некоторая доля r av выходящих электронов будет отражаться, когда они достигнут поверхности эмиттера, поэтому плотность тока эмиссии будет уменьшена, и λ R будет иметь значение (1- r ср ). Таким образом, иногда можно увидеть уравнение термоэлектронной эмиссии, записанное в виде
Закон термоэлектронной эмиссии был недавно пересмотрен для 2D-материалов в различных моделях.
Эмиссия Шоттки
Термоэлектронная эмиссия также может быть усилена взаимодействием с другими формами возбуждения, такими как свет. Например, возбужденные пары Cs в термоэлектронных преобразователях образуют кластеры Cs- ридберговского вещества, что приводит к уменьшению работы выхода коллектора с 1,5 эВ до 1,0–0,7 эВ. Из-за долгоживущей природы ридберговского вещества эта низкая работа выхода остается низкой, что существенно увеличивает эффективность низкотемпературного преобразователя.
Фотонно-усиленная термоэлектронная эмиссия
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ
Полезное
Смотреть что такое «ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ» в других словарях:
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ — испускание электронов нагретыми телами (эмиттерами) в вакуум или др. среду. Выйти из тела могут только те электроны, энергия к рых больше энергии покоящегося вне эмиттера электрона (см. Работа выхода). Число таких электронов (обычно это электроны … Физическая энциклопедия
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ — испускание электронов нагретыми твердыми телами или жидкостями (эмиттерами). Термоэлектронную эмиссию можно рассматривать как испарение электронов из эмиттера. В большинстве случаев термоэлектронная эмиссия наблюдается при температурах… … Большой Энциклопедический словарь
термоэлектронная эмиссия — термоэлектронная эмиссия; отрасл. термоионная эмиссия Электронная эмиссия, обусловленная исключительно тепловым состоянием (температурой) твердого или жидкого тела, испускающего электроны … Политехнический терминологический толковый словарь
термоэлектронная эмиссия — Электронная эмиссия, обусловленная только температурой электрода. [ГОСТ 13820 77] Тематики электровакуумные приборы … Справочник технического переводчика
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ — ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ, «испарение» ЭЛЕКТРОНОВ с поверхности вещества при его нагреве … Научно-технический энциклопедический словарь
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ — испускание электронов нагретыми телами (эмиттерами) в вакуум или др. среду. Явление наблюдается при температурах, значительно превышающих комнатную; в этом случае часть электронов тела приобретает энергию, превышающую (млн. равную) работу выхода… … Большая политехническая энциклопедия
термоэлектронная эмиссия — испускание электронов нагретыми твёрдыми телами или жидкостями (эмиттерами). Термоэлектронную эмиссию можно рассматривать как испарение электронов при их тепловом возбуждении. В большинстве случаев термоэлектронная эмиссия наблюдается при… … Энциклопедический словарь
Термоэлектронная эмиссия — Ричардсона эффект, испускание электронов нагретыми телами (твёрдыми, реже жидкостями) в вакуум или в различные среды. Впервые исследована О. У. Ричардсоном в 1900 1901. Т. э. можно рассматривать как процесс испарения электронов в… … Большая советская энциклопедия
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ — испускание электронов нагретой поверхностью. Еще до 1750 было известно, что вблизи нагретых твердых тел воздух теряет свое обычное свойство плохого проводника электричества. Однако причина этого явления оставалась неясной до 1880 х годов. В ряде… … Энциклопедия Кольера
термоэлектронная эмиссия — termoelektroninė emisija statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektronų spinduliavimas iš įkaitusių kietųjų kūnų arba skysčių. atitikmenys: angl. thermoelectronic emission rus. термоэлектронная эмиссия … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas