Funksioni i punës së bakrit. Përcaktimi i funksionit të punës së një elektroni nga një metal duke përdorur metodën e vijës së drejtë Richardson

Siç tregon përvoja, elektronet e lira në temperatura të zakonshme praktikisht nuk largohen nga metali. Rrjedhimisht, duhet të ketë një fushë elektrike ngadalësuese në shtresën sipërfaqësore të metalit, duke parandaluar që elektronet të largohen nga metali në vakumin përreth. Puna e nevojshme për të hequr një elektron nga një metal në vakum quhet funksioni i punës. Le të theksojmë dy arsyet e mundshme pamja e funksionit të punës:

1. Nëse një elektron hiqet nga një metal për ndonjë arsye, atëherë një ngarkesë pozitive e tepërt lind në vendin ku u largua elektroni dhe elektroni tërhiqet nga ngarkesa pozitive e shkaktuar nga vetë ai.

2. Elektronet individuale, duke e lënë metalin, largohen prej tij në distanca të rendit atomik dhe në këtë mënyrë krijojnë një "re elektronike" mbi sipërfaqen e metalit, dendësia e së cilës zvogëlohet shpejt me distancën. Kjo re, së bashku me shtresën e jashtme të joneve pozitive të grilës, formohet dy shtresa elektrike, fusha e së cilës është e ngjashme me fushën e një kondensatori me pllaka paralele. Trashësia e kësaj shtrese është e barabartë me disa distanca ndëratomike (10 -10 - 10 -9 m). Nuk krijon një fushë elektrike në hapësirën e jashtme, por parandalon që elektronet e lira të largohen nga metali.

Kështu, kur një elektron largohet nga metali, ai duhet të kapërcejë fushën elektrike të shtresës së dyfishtë që e vonon atë. Diferenca potenciale  në këtë shtresë, quhet kërcim potencial sipërfaqësor, përcaktuar nga funksioni i punës (A) elektron nga metali:

Ku e- ngarkesa elektronike. Meqenëse nuk ka fushë elektrike jashtë shtresës së dyfishtë, potenciali i mediumit e barabartë me zero, kurse brenda metalit potenciali është pozitiv dhe i barabartë me . Energjia potenciale e një elektroni të lirë brenda një metali është e barabartë me - e dhe është negative në raport me vakumin. Në bazë të kësaj mundeni

Funksioni i punës shprehet në elektron volt(eV): 1 eV e barabartë me punën, e realizuar nga forcat e fushës kur lëviz një ngarkesë elektrike elementare (një ngarkesë e barabartë me ngarkesën e një elektroni) kur ajo kalon përmes një ndryshimi potencial prej 1 V. Meqenëse ngarkesa e një elektroni është 1,6 l0 -19 C, atëherë 1 eV = 1,6 10 -1 9 J.

Funksioni i punës varet nga natyra kimike metalet dhe pastërtia e sipërfaqes së tyre dhe luhatet brenda disa elektron volt (për shembull, për kaliumin A = 2,2 eV, për platinin A = 6,3 eV). Duke zgjedhur veshjen e sipërfaqes në një mënyrë të caktuar, ju mund të zvogëloni ndjeshëm prodhimin. Për shembull, nëse aplikoni tungsten në sipërfaqe (A=4.5 eV) shtresa e oksidit të metalit tokësor alkalin (Ca, Sr, Ba), atëherë funksioni i punës reduktohet në 2 eV.

§ 105. Dukuritë e emisioneve dhe zbatimi i tyre

Nëse u sigurojmë elektroneve në metale energjinë e nevojshme për të kapërcyer funksionin e punës, atëherë disa nga elektronet mund të largohen nga metali, duke rezultuar në fenomenin e emetimit të elektroneve, ose emetimi elektronik. Në varësi të metodës së dhënies së energjisë elektroneve, dallohen emetimi termionik, fotoelektronik, elektroni sekondar dhe i fushës.

1. Emetimi termionik - Ky është emetimi i elektroneve nga metalet e nxehta. Përqendrimi i elektroneve të lira në metale është mjaft i lartë, prandaj, edhe në temperatura mesatare, për shkak të shpërndarjes së shpejtësisë së elektroneve (energjisë), disa elektrone kanë energji të mjaftueshme për të kapërcyer pengesën potenciale në kufirin metalik. Me rritjen e temperaturës rritet edhe numri i elektroneve, energjia kinetike e lëvizjes termike të të cilave është më e madhe se funksioni i punës dhe dukuria e emetimit termionik bëhet e dukshme.

Studimi i ligjeve të emetimit termionik mund të kryhet duke përdorur llambën më të thjeshtë me dy elektroda - diodë vakum, i cili është një cilindër i evakuuar që përmban dy elektroda: një katodë TE dhe anoda A. Në rastin më të thjeshtë, katoda është një filament i bërë nga një metal zjarrdurues (për shembull, tungsten), i nxehtë nga një rrymë elektrike. Anoda më së shpeshti merr formën e një cilindri metalik që rrethon katodën. Nëse dioda është e lidhur me qarkun, siç tregohet në Fig. 152, atëherë kur katoda nxehet dhe një tension pozitiv aplikohet në anodë (në lidhje me katodën), një rrymë lind në qarkun e anodës së diodës. Nëse ndryshoni polaritetin e baterisë B a, rryma ndalon, pavarësisht se sa nxehtë nxehet katoda. Prandaj, katoda lëshon grimcat negative- elektronet.

Nëse e mbajmë konstante temperaturën e katodës së ndezur dhe heqim varësinë e rrymës së anodës I dhe nga tensioni i anodës U a- karakteristikë e rrymës-tensionit(Fig. 153), rezulton se nuk është linear, domethënë për një diodë vakum, ligji i Ohmit nuk është i kënaqur. Varësia e rrymës termionike I nga tensioni i anodës në rajonin e vogël

vlerat pozitive U përshkruar ligji i tre sekondave(themeluar nga fizikani rus S. A. Boguslavsky (1883-1923) dhe fizikan amerikan I. Langmuir (1881 - 1957)):

I=B.U. 3/2 ,

Ku NE - koeficienti në varësi të formës dhe madhësisë së elektrodave, si dhe pozicionit të tyre relativ.

Me rritjen e tensionit të anodës, rryma rritet në një vlerë të caktuar maksimale Ius, e quajtur rryma e ngopjes. Kjo do të thotë se pothuajse të gjitha elektronet që largohen nga katoda arrijnë në anodë, kështu që një rritje e mëtejshme e forcës së fushës nuk mund të çojë në një rritje të rrymës termionike. Rrjedhimisht, dendësia e rrymës së ngopjes karakterizon emetimin e materialit katodik.

Përcaktohet dendësia e rrymës së ngopjes Richardson - formula Deshman, nxirret teorikisht në bazë të statistikave kuantike:

j us =CT 2 e -A/(kT) .

Ku A - funksioni i punës së elektroneve që largohen nga katoda, T - temperatura termodinamike, ME- konstante, teorikisht e njëjtë për të gjitha metalet (kjo nuk konfirmohet nga eksperimenti, i cili me sa duket shpjegohet nga efektet sipërfaqësore). Një rënie në funksionin e punës çon në një rritje të mprehtë të densitetit të rrymës së ngopjes. Prandaj, përdoren katoda oksidi (për shembull, nikeli i veshur me një oksid metali alkaline tokësor), funksioni i punës i të cilit është 1 -1,5 eV.

Në Fig. 153 tregon karakteristikat e tensionit aktual për dy temperaturat e katodës: T 1 Dhe T 2 , dhe T 2 >T 1 . Me rritjen e temperaturës së katodës, emetimi i elektroneve nga katoda bëhet më intensiv dhe rryma e ngopjes gjithashtu rritet. Në U a = 0, vërehet një rrymë anode, d.m.th., disa elektrone të emetuara nga katoda kanë energji të mjaftueshme për të kapërcyer funksionin e punës dhe për të arritur në anodë pa aplikuar një fushë elektrike.

Fenomeni i emetimit termionik përdoret në pajisjet në të cilat është e nevojshme të merret një rrjedhë elektronesh në vakum, për shembull në tuba vakumi, tubat me rreze X, mikroskopët elektron, etj. Tubat elektronikë përdoren gjerësisht në inxhinierinë elektrike dhe radio. , automatizimi dhe telemekanika për korrigjimin e rrymave alternative, amplifikimin e sinjaleve elektrike dhe rrymave alternative, gjenerimin e lëkundjeve elektromagnetike, etj. Në varësi të qëllimit, në llamba përdoren elektroda kontrolli shtesë.

2. Emetimi i fotoelektronit -është emetimi i elektroneve nga një metal nën ndikimin e dritës, si dhe me gjatësi vale të shkurtër rrezatimi elektromagnetik(për shembull, rreze X). Parimet kryesore të këtij fenomeni do të diskutohen kur merret parasysh efekti fotoelektrik.

3. Emetimi sekondar i elektroneve - Ky është emetimi i elektroneve nga sipërfaqja e metaleve, gjysmëpërçuesve ose dielektrikëve kur bombardohen me një rreze elektronesh. Rrjedha e elektroneve sekondare përbëhet nga elektrone të reflektuara nga sipërfaqja (elektrone të reflektuara në mënyrë elastike dhe joelastike), dhe elektrone sekondare "të vërteta" - elektrone të rrëzuara nga metali, gjysmëpërçuesi ose dielektrik nga elektronet parësore.

Raporti i numrit të elektroneve dytësore n 2 në numrin e parësore n 1 , që shkakton emetimin quhet Koeficienti i emetimit sekondar të elektroneve:

=n 2 / n 1 .

Koeficienti b varet nga natyra e materialit sipërfaqësor, energjia e grimcave të bombardimit dhe këndi i tyre i rënies në sipërfaqe. Gjysmëpërçuesit dhe dielektrikët kanë më shumë b se metalet. Kjo shpjegohet me faktin se në metalet ku përqendrimi i elektroneve përçuese është i lartë, elektronet dytësore, shpesh duke u përplasur me to, humbasin energjinë e tyre dhe nuk mund të largohen nga metali. Në gjysmëpërçuesit dhe dielektrikët, për shkak të përqendrimit të ulët të elektroneve përçuese, përplasjet e elektroneve dytësore me to ndodhin shumë më rrallë dhe probabiliteti i largimit të elektroneve dytësore nga emetuesi rritet disa herë.

Për shembull në Fig. 154 tregon varësinë cilësore të koeficientit dytësor të emetimit të elektroneve b nga energjia E elektronet rënëse për KCl. Me rritjen e energjisë së elektroneve, b rritet, pasi elektronet parësore depërtojnë më thellë në rrjetën kristalore dhe, për rrjedhojë, nxjerrin më shumë elektrone dytësore. Megjithatë, në një energji të caktuar të elektroneve primare 6 fillon të ulet. Kjo për faktin se me rritjen e thellësisë së depërtimit të elektroneve parësore, bëhet gjithnjë e më e vështirë që elektronet sekondare të dalin në sipërfaqe. Vlera e max për KCl arrin 12 (për metalet e pastra nuk kalon 2).

Fenomeni i emetimit sekondar të elektroneve përdoret në tubat e fotoshumëzuesit(PMT), përdoret për të përforcuar rrymat e dobëta elektrike. Fotoshumëzuesi është një tub vakum me një fotokatodë K dhe anodë A, midis të cilave ka disa elektroda - emetuesit(Fig. 155). Elektronet e nxjerra nga fotokatoda nën ndikimin e dritës hyjnë në emetuesin E 1, duke kaluar përmes ndryshimit të potencialit përshpejtues midis K dhe E 1.  elektronet janë rrëzuar nga emetuesi E 1. Forcuar në këtë mënyrë

Rrjedha e elektroneve drejtohet në emetuesin E2 dhe procesi i shumëzimit përsëritet në të gjithë emetuesit e mëpasshëm. Nëse PMT përmban n emetuesit, pastaj në anodin A, të thirrur koleksionist, Rezultati është një rrymë fotoelektroni e përforcuar me 6 herë.

4. Emetimet autoelektronike - Ky është emetimi i elektroneve nga sipërfaqja e metaleve nën ndikimin e një fushe të fortë elektrike të jashtme. Këto dukuri mund të vërehen në një tub të evakuuar, konfigurimi i elektrodave të të cilit (katoda - maja, anoda - sipërfaqja e brendshme e tubit) lejon që në tensione afërsisht 10 3 V, të përftohen fusha elektrike me forcë afërsisht 10. 7 V / m. Me një rritje graduale të tensionit, tashmë në një forcë fushe në sipërfaqen e katodës prej afërsisht 10 5 -10 6 V / m, një rrymë e dobët lind për shkak të elektroneve të emetuara nga katoda. Fuqia e kësaj rryme rritet me rritjen e tensionit nëpër tub. Rrymat lindin kur katoda është e ftohtë, kështu që quhet edhe fenomeni i përshkruar emetim i ftohtë. Një shpjegim i mekanizmit të këtij fenomeni është i mundur vetëm në bazë të teorisë kuantike.

Siç tregon përvoja, elektronet e lira në temperatura të zakonshme praktikisht nuk largohen nga metali. Rrjedhimisht, duhet të ketë një fushë elektrike ngadalësuese në shtresën sipërfaqësore të metalit, duke parandaluar që elektronet të largohen nga metali në vakumin përreth. Puna e nevojshme për të hequr një elektron nga një metal në vakum quhet funksioni i punës. Le të tregojmë dy arsye të mundshme për shfaqjen e funksionit të punës:

Ku e- ngarkesa elektronike. Meqenëse nuk ka fushë elektrike jashtë shtresës së dyfishtë, potenciali i mediumit është zero, dhe brenda metalit potenciali është pozitiv dhe i barabartë me . Energjia potenciale e një elektroni të lirë brenda një metali është e barabartë me - e dhe është negative në raport me vakumin. Në bazë të kësaj mundeni

Funksioni i punës shprehet në elektron volt(eV): 1 eV është e barabartë me punën e bërë nga forcat e fushës kur lëviz një ngarkesë elektrike elementare (një ngarkesë e barabartë me ngarkesën e një elektroni) kur ajo kalon përmes një ndryshimi potencial prej 1 V. Meqenëse ngarkesa e një elektroni është 1,6 l0 -19 C, pastaj 1 eV = 1,6 10 -1 9 J.

Funksioni i punës varet nga natyra kimike e metaleve dhe pastërtia e sipërfaqes së tyre dhe ndryshon brenda disa elektron volt (për shembull, për kaliumin A = 2,2 eV, për platinin A = 6,3 eV). Duke zgjedhur veshjen e sipërfaqes në një mënyrë të caktuar, ju mund të zvogëloni ndjeshëm prodhimin. Për shembull, nëse aplikoni tungsten në sipërfaqe (A=4.5 eV) shtresa e oksidit të metalit tokësor alkalin (Ca, Sr, Ba), atëherë funksioni i punës reduktohet në 2 eV.

§ 105. Dukuritë e emisioneve dhe zbatimi i tyre

Studimi i ligjeve të emetimit termionik mund të kryhet duke përdorur llambën më të thjeshtë me dy elektroda - diodë vakum, i cili është një cilindër i evakuuar që përmban dy elektroda: një katodë TE dhe anoda A. Në rastin më të thjeshtë, katoda është një filament i bërë nga një metal zjarrdurues (për shembull, tungsten), i nxehtë nga një rrymë elektrike. Anoda më së shpeshti merr formën e një cilindri metalik që rrethon katodën. Nëse dioda është e lidhur me qarkun, siç tregohet në Fig. 152, atëherë kur katoda nxehet dhe një tension pozitiv aplikohet në anodë (në lidhje me katodën), një rrymë lind në qarkun e anodës së diodës. Nëse ndryshoni polaritetin e baterisë B a, rryma ndalon, pavarësisht se sa nxehtë nxehet katoda. Rrjedhimisht, katoda lëshon grimca negative - elektrone.

vlerat pozitive U përshkruar ligji i tre sekondave(themeluar nga fizikani rus S. A. Boguslavsky (1883-1923) dhe fizikani amerikan I. Langmuir (1881 - 1957)):

I=B.U. 3/2 ,

Ku NE - koeficienti në varësi të formës dhe madhësisë së elektrodave, si dhe pozicionit të tyre relativ.

Përcaktohet dendësia e rrymës së ngopjes Richardson - formula Deshman, nxirret teorikisht në bazë të statistikave kuantike:

j us =CT 2 e -A/(kT) .

2. Emetimi i fotoelektronit - Ky është emetimi i elektroneve nga një metal nën ndikimin e dritës, si dhe rrezatimi elektromagnetik me valë të shkurtër (për shembull, rrezet X). Parimet kryesore të këtij fenomeni do të diskutohen kur merret parasysh efekti fotoelektrik.

Raporti i numrit të elektroneve dytësore n 2 në numrin e parësore n 1 , që shkakton emetimin quhet Koeficienti i emetimit sekondar të elektroneve:

=n 2 / n 1 .

1) Formula për funksionin e punës së elektroneve

Metalet përmbajnë elektrone përcjellëse që formohen gaz elektronik dhe pjesëmarrja në lëvizjen termike. Meqenëse elektronet përçuese mbahen brenda metalit, prandaj, afër sipërfaqes ka forca që veprojnë në elektrone dhe drejtohen në metal. Në mënyrë që një elektron të largohet nga metali përtej kufijve të tij, një sasi e caktuar e punës A duhet të bëhet kundër këtyre forcave, e cila quhet funksioni i punës së elektroneve prej metali. Kjo punë, natyrisht, është e ndryshme për metale të ndryshme.

Energjia potenciale e një elektroni brenda një metali është konstante dhe e barabartë me:

W p = -eφ , ku j është potenciali i fushës elektrike brenda metalit.

Kur një elektron kalon nëpër sipërfaqe shtresa elektronike energji potenciale zvogëlohet shpejt nga funksioni i punës dhe bëhet zero jashtë metalit. Shpërndarja e energjisë së elektroneve brenda një metali mund të përfaqësohet si një pus potencial.

Në interpretimin e diskutuar më sipër, funksioni i punës së elektronit është i barabartë me thellësinë e pusit potencial, d.m.th.

Ky rezultat korrespondon me atë klasik teoria e elektroneve metale, në të cilat supozohet se shpejtësia e elektroneve në një metal i bindet ligjit të shpërndarjes së Maxwell dhe është e barabartë me zero në një temperaturë prej zero absolute. Megjithatë, në realitet, elektronet përçuese i binden statistikave kuantike Fermi-Dirac, sipas të cilave kur zero absolute shpejtësia e elektroneve dhe, në përputhje me rrethanat, energjia e tyre janë të ndryshme nga zero.

Vlera maksimale e energjisë që kanë elektronet në zero absolute quhet energjia e Fermit E F. Teoria kuantike përçueshmëria e metaleve, bazuar në këto statistika, jep një interpretim të ndryshëm të funksionit të punës. Funksioni i punës së elektroneve nga një metal është e barabartë me diferencën midis lartësisë së pengesës potenciale eφ dhe energjisë Fermi.

A out = eφ" - E F

ku φ" është vlera mesatare e potencialit të fushës elektrike brenda metalit.

2) Funksioni i punës së elektroneve që largohen nga metali- puna që duhet shpenzuar për të hequr një elektron nga një metal në një vakum. Funksioni i punës varet nga natyra kimike e metaleve dhe pastërtia e sipërfaqes së tyre. Duke zgjedhur një shtresë sipërfaqësore në një mënyrë të caktuar, mund të ndryshoni ndjeshëm funksionin e punës.

Funksioni i punës shprehet në elektron volt (eV) : 1eV është e barabartë me punën që bëjnë forcat e fushës kur lëvizin një ngarkesë elektrike elementare midis pikave me një ndryshim potencial prej 1V. Sepse e1,610–19 C, pastaj 1eV=1,610–19 J.

Emisioni elektronik - dukuria e emetimit të elektroneve nga metalet kur elektroneve u jepet një energji e barabartë ose më e madhe se funksioni i punës.

1. Emetimi termionik- emetimi i elektroneve nga metalet e nxehta. Një shembull i përdorimit janë tubat vakum.

2. Emetimi i fotoelektronit- emetimi i elektroneve nga një metal nën ndikimin e rrezatimit elektromagnetik. Një shembull i përdorimit janë sensorët e fotografisë.

3. Emetimi sekondar i elektroneve- emetimi i elektroneve nga sipërfaqja e metaleve, gjysmëpërçuesve ose dielektrikëve kur bombardohen me një rreze elektronesh. Raporti sekondar i numrit të elektroneve n 2 në numrin e parësore n 1 që shkaktoi emetimin quhet faktori sekondar i emetimit të elektroneve: n 2 n 1. Një shembull përdorimi janë tubat fotoshumësues.

4. Emetimi i automjeteve- emetimi i elektroneve nga sipërfaqja e metaleve nën ndikimin e një fushe të fortë elektrike të jashtme.

5 Pyetje. Rryma elektrike në vakum (shpjegimi i karakteristikave të rrymës-tensionit të një diode vakum).

Çfarë është një vakum?
- kjo është shkalla e rrallimit të një gazi në të cilin praktikisht nuk ka përplasje të molekulave;

Rryma elektrike nuk është e mundur sepse sasia e mundshme molekulat e jonizuara nuk mund të sigurojnë përçueshmëri elektrike;
- është e mundur të krijohet rrymë elektrike në vakum nëse përdorni një burim grimcash të ngarkuara;
- veprimi i një burimi të grimcave të ngarkuara mund të bazohet në fenomenin e emetimit termionik.

Emetimi termionik
- është emetimi i elektroneve nga trupat e ngurtë ose të lëngshëm kur nxehen në temperatura që korrespondojnë me shkëlqim i dukshëm metal i nxehtë.
Elektroda metalike e nxehtë lëshon vazhdimisht elektrone, duke formuar një re elektronike rreth vetes.
NË gjendje ekuilibri numri i elektroneve që u larguan nga elektroda është i barabartë me numrin e elektroneve që u kthyen tek ajo (pasi elektroda ngarkohet pozitivisht kur elektronet humbasin).
Sa më e lartë të jetë temperatura e metalit, aq më e lartë është dendësia e resë elektronike.

Diodë me vakum
Rryma elektrike në vakum është e mundur në tubat vakum.
Një tub vakum është një pajisje që përdor fenomenin e emetimit termionik.

Një diodë vakum është një tub elektronik me dy elektrodë (A - anodë dhe K - katodë).
Brenda enës së qelqit krijohet presion shumë i ulët

H - filament i vendosur brenda katodës për ta ngrohur atë. Sipërfaqja e katodës së nxehtë lëshon elektrone. Nëse anoda është e lidhur me + të burimit aktual, dhe katoda është e lidhur me -, atëherë qarku rrjedh
rrymë konstante termionike. Dioda e vakumit ka përçueshmëri të njëanshme.
Ato. rryma në anodë është e mundur nëse potenciali i anodës është më i lartë se potenciali i katodës. Në këtë rast, elektronet nga reja e elektroneve tërhiqen në anodë, duke krijuar një rrymë elektrike në vakum.

Karakteristikë e tensionit aktual të një diode vakum.

Në tensione të ulëta të anodës, jo të gjitha elektronet e emetuara nga katoda arrijnë në anodë dhe rryma elektrike është e vogël. Në tensione të larta, rryma arrin ngopjen, d.m.th. vlera maksimale.
Dioda me vakum përdoret për korrigjim AC.
Rryma në hyrje të ndreqësit të diodës:

Rryma e daljes së ndreqësit:

Trarët elektronikë
është një rrjedhë e elektroneve që fluturojnë shpejt në tubat vakum dhe pajisjet e shkarkimit të gazit.
Karakteristikat e rrezeve elektronike:
- devijojnë në fusha elektrike;
- devijoj brenda fusha magnetike nën ndikimin e forcës së Lorencit;
- kur një rreze që bie mbi një substancë ngadalësohet, a rrezatimi me rreze x;
- shkakton shkëlqim (lumineshencë) të disa lëndëve të ngurta dhe të lëngshme (luminofore);
- ngrohni substancën duke e kontaktuar atë.

Tub me rreze katodë (CRT)
- përdoren dukuritë e emetimit termionik dhe vetitë e rrezeve elektronike.

CRT përbëhet nga një armë elektronike, deflektorë horizontale dhe vertikale
pllaka elektroda dhe ekran.
Në një armë elektronike, elektronet e emetuara nga një katodë e nxehtë kalojnë nëpër elektrodën e rrjetit të kontrollit dhe përshpejtohen nga anoda. Një armë elektronike fokuson një rreze elektronike në një pikë dhe ndryshon shkëlqimin e dritës në ekran. Devijimi i pllakave horizontale dhe vertikale ju lejojnë të lëvizni rrezen e elektroneve në ekran në çdo pikë të ekranit. Ekrani i tubit është i mbuluar me një fosfor, i cili fillon të shkëlqejë kur bombardohet me elektrone.
Ekzistojnë dy lloje tubash:
1) me kontroll elektrostatik të rrezes elektronike (devijim i rrezes elektronike vetëm nga fusha elektrike);
2) me kontroll elektromagnetik (shtohen mbështjellje të devijimit magnetik).
Aplikimet kryesore të CRT:
tuba fotografish në pajisjet televizive;
ekrane kompjuterike;
oshiloskopët elektronikë në teknologjinë matëse.

6 Pyetje. Rryma elektrike në gazra (karakteristikat e tensionit të një shkarkimi gazi). Kategoria jo e pavarur dhe e pavarur.

Në kushte normale, gazi është një dielektrik, d.m.th. përbëhet nga atome dhe molekula neutrale dhe nuk përmban media e lirë rrymë elektrike
Gazi përcjellës është një gaz i jonizuar. Gazi i jonizuar ka përçueshmëri elektron-jon.

Ajri është një dielektrik në linjat e energjisë, kondensatorët e ajrit dhe çelsat e kontaktit.

Ajri është një përcjellës kur ndodh rrufeja, shkëndija elektrike, kur ndodh një hark saldimi.

Jonizimi i gazit

është shpërbërja e atomeve ose molekulave neutrale në jone dhe elektrone pozitive duke hequr elektronet nga atomet. Jonizimi ndodh kur një gaz nxehet ose ekspozohet ndaj rrezatimit (UV, rrezet X, radioaktive) dhe shpjegohet me shpërbërjen e atomeve dhe molekulave gjatë përplasjeve me shpejtësi të lartë.

Shkarkimi i gazit
- kjo është rryma elektrike në gazrat e jonizuar.
Bartësit e ngarkesës janë jonet pozitive dhe elektronet. Shkarkimi i gazit vërehet në tubat e shkarkimit të gazit (llambat) kur ekspozohen ndaj një fushe elektrike ose magnetike.

Rikombinimi i grimcave të ngarkuara

- gazi pushon së qeni një përcjellës nëse jonizimi ndalon, kjo ndodh si rezultat i rikombinimit (ribashkimi i grimcave të ngarkuara në mënyrë të kundërt).

Ka të pavarur dhe të varur shkarkimi i gazit.

Shkarkim gazi jo i vetëqëndrueshëm
- nëse ndërpritet veprimi i jonizuesit, do të ndalet edhe shkarkimi.

Kur shkarkimi arrin ngopjen, grafiku bëhet horizontal. Këtu, përçueshmëria elektrike e gazit shkaktohet vetëm nga veprimi i jonizuesit.

Shkarkimi i gazit vetë-qëndrueshëm
- në këtë rast, shkarkimi i gazit vazhdon edhe pas përfundimit të jonizuesit të jashtëm për shkak të joneve dhe elektroneve që vijnë nga jonizimi i ndikimit (= jonizimi i goditjes elektrike); ndodh kur diferenca potenciale midis elektrodave rritet (ndodh një ortek elektronik).
Një shkarkim gazi jo i vetëqëndrueshëm mund të shndërrohet në një shkarkim gazi të vetëqëndrueshëm kur Ua = Ndezja.

7 Pyetje. Mekanizmi i shfaqjes së një shkarkimi të pavarur të gazit.

Që shkarkimi të bëhet i pavarur, çdo elektron i nxjerrë nga katoda si rezultat i një zinxhiri ndërveprimesh duhet të nxjerrë të paktën 1 elektron më shumë nga katoda. Kujtojmë se kur një atom jonizohet nga një elektron, përveç një elektroni të lirë, shfaqet edhe një jon, i cili lëviz nën ndikimin e një fushe në drejtim të kundërt me elektronet - drejt katodës. Si rezultat i përplasjes së një joni me katodën, një elektron mund të emetohet nga kjo e fundit (ky proces quhet emetimi sekondar i elektroneve ). Vetë mekanizmi korrespondon vetë-shkarkim i errët. Kjo do të thotë, në kushte të tilla nuk ndodh asnjë gjenerim i rrezatimit. Natyra e rënies së këtij seksioni shpjegohet me faktin se në rryma të larta nevojiten energji më të ulëta të elektroneve për të ruajtur pavarësinë e shkarkimit dhe, rrjedhimisht, fusha më të vogla përshpejtuese.

Llojet vetë-shkarkimi. Aplikimi Teknik
1. Shkarkimi i shkëlqimit. Përdoret në tubat e dritës së gazit, llambat neoni, treguesit dixhitalë, llambat fluoreshente, llambat me merkur me presion të ulët.
a. Pjesa jo e ndriçuar ngjitur me katodën quhet. hapësira e errët e katodës, b. Kolona ndriçuese e gazit që mbush pjesën tjetër quhet. kolona pozitive e anodës.
2. Në presione të caktuara, kolona e anodës ndahet në shtresa të veçanta të ndara nga hapësira të errëta (shtresa). Arsyeja për jonizimin e gazit në një shkarkesë shkëlqimi është jonizimi i ndikimit dhe trokitja e elektroneve nga katoda nga jonet pozitive. Shkarkimi i harkut. Përdoret në llambat me merkur
presion të lartë
, burimet e dritës, gjatë saldimit të metaleve, në furrat e shkrirjes elektrike, gjatë elektrolizës së shkrirjeve, në furrat elektrike. 3. Shkarkimi i koronës Tension i lartë. Përdoret në precipituesit elektrikë për të pastruar gazrat nga papastërtitë e grimcave të ngurta. Përdoret në numëruesit e grimcave të ngarkuara Geiger-Muller. Rrufepritës. Fenomeni negativ: shkakton rrjedhje energjie në linjat e tensionit të lartë. 4. Shkarkimi i shkëndijës

Tension të lartë . Përdoret në përpunimin e metaleve. Rrufeja: U=10 8 V, I=10 5 A, kohëzgjatja 10 -6 s, diametri i kanalit 10 - 20 cm. Përçueshmëria e lartë elektrike e metaleve është për shkak të pranisë në to numër i madh elektronet e lira të shkëputura nga atomet. Këto elektrone - elektronet përçuese - formojnë të ashtuquajturin gaz elektronik në metal. Elektrone të lira kryejnë lëvizje termike dhe kanë energji kinetike, por mbahen brenda metalit për shkak të tyre Ndërveprimi i Kulombit me një ngarkesë pozitive rrjetë kristali

. Që një elektron të largohet nga metali, duhet të punohet kundër këtyre forcave, që quhet funksioni i punës pjesa kryesore e funksionit të punës. Kjo pjesë Funksioni i punës është i ngjashëm me energjinë e jonizimit të atomeve ose molekulave.

Përveç kësaj, ka një kontribut në funksionin e punës që lidhet me praninë e një shtrese elektrike të dyfishtë në rajonin afër sipërfaqes së çdo trupi (Fig. 2). Ndodh edhe në një sipërfaqe kristali krejtësisht të rregullt dhe të pastër. Elektrone individuale vazhdimisht largohen nga sipërfaqja e metalit, largohen prej saj në disa distanca ndëratomike dhe më pas ndalojnë nën ndikimin e ngarkesës së pakompensuar të joneve të ngarkuar pozitivisht dhe kthehen prapa. Si rezultat, metali e gjen veten të rrethuar nga një re e hollë elektronesh (Fig. 2).

Trashësia e shtresës së dyfishtë është në rendin e disa distancave ndëratomike (10 -10 h10 -9 m). Për shkak të fushës elektrike të shtresës së dyfishtë, një forcë vepron mbi elektronet e drejtuara në kristal. Puna për të kapërcyer forcën që vepron për shkak të fushës elektrike të shtresës së dyfishtë në kufirin e trupit është komponenti i dytë i funksionit të punës. Përtej rajonit të shtresës së dyfishtë jashtë kristalit, elektronet ndikohen vetëm nga Forca e Kulonit, që u përmend më lart.

Kur kalon nëpër sipërfaqe në një vakum, potenciali elektronik rritet në krahasim me potencialin brenda metalit me një sasi të caktuar. ts, i cili quhet diferenca e potencialit sipërfaqësor. Ajo lidhet me funksionin e punës si më poshtë:

Ku e - moduli i ngarkesës së elektronit. Funksioni i punës zakonisht shprehet në elektronvolt (eV):

1 eV = 1,6·10-19 Xhaul.

Për të hequr një elektron nga një vëllim metalik përtej kufijve të tij, energjia kinetike e elektronit duhet të tejkalojë funksionin e punës.

Ku m- masa elektronike, v- shpejtësia e tij. Kur plotësohet kushti (2), vërehet dukuria e emetimit të elektroneve, d.m.th. emetimi i elektroneve nga një sipërfaqe metalike. Për të vëzhguar emetimin e elektroneve, është e nevojshme t'u jepet energji elektroneve.

Në varësi të metodës së transmetimit të energjisë, dallohen katër lloje të emetimeve:

1. Emetimi termionik- emetimi i elektroneve nga metalet e nxehta. Me rritjen e temperaturës, numri i elektroneve rritet ndjeshëm, energjia kinetike e lëvizjes termike të të cilave më shumë punë prodhimi dhe fenomeni i emetimit termionik bëhet më i dukshëm.
2. Emetimi i fotoelektronit. Emetimi i elektroneve nga një metal nën ndikimin e rrezatimit. Në këtë rast, elektroni merr energji shtesë për shkak të energjisë së fotonit:

Ku h, - Konstantja e Planck-ut, n- frekuenca e rrezatimit incident.

3, Emetimi sekondar i elektroneve - emetimi i elektroneve kur një sipërfaqe bombardohet nga jashtë me një rreze elektronesh ose grimcash të tjera.
4. Emision në terren - emetim i elektroneve nga sipërfaqja e një metali nën ndikimin e një fushe të fortë elektrike të jashtme.

Në të ndryshme pajisje elektronike Përdoren të gjitha llojet e emetimeve, por më shpesh përdoret emetimi termionik më i kontrolluar.

Funksioni i punës është një karakteristikë e sipërfaqes së një trupi. Faqet e të njëjtit kristal të formuara nga plane të ndryshme kristalografike ose të mbuluara substancave të ndryshme, kanë punë të ndryshme dalje. Për shembull, për të zvogëluar funksionin e punës, sipërfaqja e tungstenit është e veshur shtresë e hollë toriumi, ceziumi, bariumi ose oksidet e disa metaleve (katodat e aktivizuara). Trashësia e shtresës është disa dhjetëra mijëra distanca ndëratomike.

Elektronet e përcjelljes nuk largohen spontanisht nga metali në sasi të konsiderueshme. Kjo shpjegohet me faktin se metali përfaqëson një vrimë të mundshme për ta. Vetëm ato elektrone, energjia e të cilëve është e mjaftueshme për të kapërcyer pengesën potenciale të pranishme në sipërfaqe, mund të largohen nga metali. Forcat që shkaktojnë këtë pengesë kanë origjinën e mëposhtme. Heqja e rastësishme e një elektroni nga shtresa e jashtme jone pozitive grilë çon në shfaqjen në vendin ku u largua elektroni, teprica ngarkesë pozitive.

Ndërveprimi i Kulombit me këtë ngarkesë e detyron elektronin, shpejtësia e të cilit nuk është shumë e lartë, të kthehet prapa. Kështu, elektronet individuale largohen vazhdimisht nga sipërfaqja e metalit, largohen prej saj disa distanca ndëratomike dhe më pas kthehen prapa. Si rezultat, metali është i rrethuar nga një re e hollë elektronesh. Kjo re, së bashku me shtresën e jashtme të joneve, formon një shtresë elektrike të dyfishtë (Fig. 60.1; rrathë - jone, pika të zeza - elektrone). Forcat që veprojnë në elektron në një shtresë të tillë drejtohen në metal.

Puna e bërë kundër këtyre forcave gjatë transferimit të një elektroni nga metali nga jashtë rrit energjinë potenciale të elektronit

Pra energjia potenciale elektronet e valencës brenda metalit është më pak se jashtë metalit me një sasi të barabartë me thellësinë e pusit potencial (Fig. 60.2). Ndryshimi i energjisë ndodh në një gjatësi të rendit të disa distancave ndëratomike, kështu që muret e pusit mund të konsiderohen vertikale.

Energjia potenciale e elektronit dhe potenciali i pikës në të cilën ndodhet elektroni kanë shenja të kundërta. Nga kjo rrjedh se potenciali brenda metalit është më i madh se potenciali në afërsi të menjëhershme të sipërfaqes së tij (ne thjesht do të themi "në sipërfaqe" për shkurtim) nga sasia

Dhënia e metalit një ngarkesë pozitive të tepërt rrit potencialin si në sipërfaqe ashtu edhe brenda metalit. Energjia potenciale e elektronit zvogëlohet në përputhje me rrethanat (Fig. 60.3, a).

Le të kujtojmë se vlerat e energjisë potenciale dhe potenciale në pafundësi merren si pikë referimi. Mesazh ngarkesë negative ul potencialin brenda dhe jashtë metalit. Prandaj, energjia potenciale e elektronit rritet (Fig. 60.3, b).

Energjia totale e një elektroni në një metal përbëhet nga energjitë potenciale dhe kinetike. Në § 51 u konstatua se në zero absolute vlerat energjia kinetike Elektronet e përcjelljes variojnë nga zero në energjinë Emax që përkon me nivelin e Fermit. Në Fig. 60.4 nivelet e energjisë Zonat e përcjelljes janë të gdhendura në pusin e mundshëm (vija me pika tregon nivele të pabanuara). Për t'u hequr nga metali, elektroneve të ndryshme duhet t'u jepen energji të ndryshme.

Kështu, është e nevojshme t'i jepet energji një elektroni që ndodhet në nivelin më të ulët të brezit të përçueshmërisë për një elektron të vendosur në nivelin Fermi, energji e mjaftueshme;

Energjia minimale që duhet t'i jepet një elektroni për ta hequr atë nga një trup i ngurtë ose trup i lëngshëm në një vakum quhet funksioni i punës. Funksioni i punës zakonisht shënohet me ku Ф është një sasi e quajtur potenciali i prodhimit.

Në përputhje me sa më sipër, funksioni i punës së një elektroni nga një metal përcaktohet nga shprehja

Ne e morëm këtë shprehje me supozimin se temperatura e metalit është 0 K. Në temperatura të tjera, funksioni i punës përcaktohet gjithashtu si diferenca midis thellësisë së pusit potencial dhe nivelit Fermi, d.m.th., përkufizimi (60.1) shtrihet në çdo temperatura. I njëjti përkufizim vlen edhe për gjysmëpërçuesit.

Niveli i Fermit varet nga temperatura (shih formulën (52.10)). Për më tepër, për shkak të ndryshimit të distancave mesatare midis atomeve për shkak të zgjerimit termik, thellësia e pusit të mundshëm ndryshon pak, Kjo çon në faktin se funksioni i punës varet pak nga temperatura.

Funksioni i punës është shumë i ndjeshëm ndaj gjendjes së sipërfaqes së metalit, veçanërisht ndaj pastërtisë së saj. Duke zgjedhur veshjen e duhur të sipërfaqes, funksioni i punës mund të reduktohet shumë. Për shembull, aplikimi i një shtrese oksidi në sipërfaqen e tungstenit metal alkaline tokësor(Ca, Sr, Ba) zvogëlon funksionin e punës nga 4,5 eV (për W të pastër) në 1,5-2.