2 Ток в вакууме. Термолектронная эмиссия Откачивая газ их сосуда, можно достичь такой его концентрации, при которой молекулы успевают пролететь от одной стенки сосуда до другой, ни разу не испытав соударений друг с другом. Такое состояние газа в трубке называют вакуумом. Для существования электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц. В вакууме таких частиц нет, следовательно, чтобы электрический ток существовал в вакууме, необходимо внести в трубку источник заряженных частиц. Действие такого источника основано на свойстве тел, нагретых до высокой температуры, испускать электроны. Это процесс называется термоэлектронной эмиссией. Его можно рассматривать как испарение электронов с поверхности металла. У многих твердых веществ термоэлектронная эмиссия начинается при температурах, при которых испарение самого вещества не происходит. Такие вещества используются для изготовления катодов. Явление термоэлектронной эмиссии приводит к тому, что нагретый металлический электрод в отличие от холодного непрерывно испускает электроны, которые образуют вокруг проводника электронное облако. При этом электрод заряжается положительно, и под влиянием электрического поля заряженного облака электроны частично возвращаются на электрод. В равновесном состоянии число электронов, покинувших электрод, равно числу электронов, вернувшихся на электрод. При подключении нагретого и холодного электродов к источнику тока между ними устанавливается электрическое поле. Если положительный полюс источника тока соединен с холодным электродом (анодом), а отрицательный – с нагретым (катодом), то напряженность электрического поля направлена к нагретому электроду. Следовательно, электроны под действием этого поля движутся к холодному электроду, устанавливается электрический ток. При противоположном включении источника тока, напряженность поля направлена к холодному электроду, электроны отталкиваются от холодного электрода, и электрический ток не устанавливается, т. к. вокруг холодного электрода электронного облака не существует. Следовательно, устанавливается одностороння проводимость электрического тока между электродами.
Свойства односторонней проводимости используется в электронных приборах с двумя электродами – вакуумных диодах. Вакуумный диод (электронная лампа) состоит из баллона из стекла или металлокерамики, из которого откачан воздух до давления 10-6 – 10-7 мм рт. ст., внутри которого размещены два электрода. Катод имеет вид вертикального металлического цилиндра, покрываемого обычно слоем оксидов щелочноземельных металлов (оксидный катод испускает больше электронов, чем из чистого металла). Внутри катода расположен изолированный проводник, нагреваемый переменным током. Нагретый катод испускает электроны, достигающие анод, если потенциал анода больше, чем потенциал катода. Анод лампы представляет собой круглый или овальный цилиндр, имеющий общую ось с катодом.
Свойства любого электронного устройства отражает его вольтамперная характеристика, т. е. зависимость силы тока через это устройства от напряжения на его выводах.
Получить вольтамперную характеристику диода можно с помощью цепи, изображенной на рисунке. В отличие от характеристики металлического проводника эта характеристика нелинейная. Основная причина нелинейности вольтамперной характеристики вакуумного диода в том, что электроны испускаются катодом в ограниченном количестве. Кроме того, на движение электронов наряду с полем, созданным зарядами на электродах, существенное влияние оказывает поле пространственного заряда электронного облака у катода. Чем выше напряжение между катодом и анодом, тем большее количество электронов достигает анода, следовательно тем больше сила тока в лампе. При некотором напряжении все электроны, испускаемые катодом, попадут на анод, и при дальнейшем увеличении напряжения сила тока не меняется, ток достигает насыщения. Если повысить температуру катода (это можно сделать, изменив сопротивление в цепи накала), то катод начнет испускать больше электронов, и ток насыщения наступит при большем напряжении.
Если в аноде вакуумного диода сделать отверстие, то часть электронов, испущенных катодом, пролетит сквозь отверстие и образует в пространстве за анодом поток параллельно летящих электронов – электронный луч. Электровакуумный прибор, в котором используется такой поток электронов, называется электронно-лучевой трубкой. Внутренняя поверхность стеклянного баллона электронно-лучевой трубки против анода покрыта тонким слоем кристаллов, способных светиться при бомбардировке электронами (люминофоров). Эту часть трубки называют экраном. В узком конце трубки помещен источник быстрых электронов – электронная пушка. Она состоит из катода, управляющего электрода и анода. На пути к экрану пучок последовательно проходит между двумя парами управляющих пластин, подобным пластинам плоского конденсатора. Если электрического поля между пластинами нет, то луч не отклоняется и светящаяся точка располагается в центре экрана. При сообщении разности потенциалов пластинам, луч отклоняется. Таким образом можно заставить электронный луч «рисовать» любую картинку на экране. Эта способность электронного луча используется для создания изображений на экране электронно-лучевой трубки телевизора, называемой кинескопом. Изменение яркости свечения пятна на экране достигается путем управления интенсивностью пучка электронов с помощью дополнительного электрода, расположенного между катодом и анодом и работающего по принципу управляющей сетки электровакуумного
Билет № 7
Импульс (количество движения) материальной точки.
Импульс материальной точки- величина, равная произведению массы тела на его скорость. p=mu.
Импульс силы.
Импульс силы- изменение импульса тела. Направление его вектора всегда совпадает с направлением вектора приложенной силы. Ft=mu-mu0, где Ft- импульс силы.
Связь между приращением импульса материальной точки и импульсом силы.
F=ma=mDu/Dt
FDt=mDu Þ pC=p.
Импульс тела.
Импульс тела- величина, равная произведению массы тела на его скорость. p=miui. Одна и та же сила за одно и то же время вызывает у любого тела одно и то же изменение импульса. Вектор импульса тела направлен так же, как вектор скорости. F=ma=m(v-v0)/t Þ Ft=mv-mv0. Ft- импульс силы. Его направление такое же, как и у вектора силы.
Закон сохранения импульса.
Геометрическая сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы. Замкнутая система тел- совокупность тел, взаимодействующих между собой, но не взаимодействующих с другими телами. Импульс- одна из немногих сохраняющихся величин.
mг uг= m р uр. uр= mг/ m р*uг.
mг/ m р – было получено по формуле Циолковского.
Многие вещества в кристаллическом состоянии не являются такими хорошими проводниками электрического тока, как металлы, но не могут быть отнесены и к диэлектрикам, т. к. не являются хорошими изоляторами. Такие вещества называются полупроводниками. Они долгое время не привлекали к себе внимания. Одним из первых начал исследования полупроводников выдающийся советский физик Абрам Федорович Иоффе. Полупроводники оказались не просто «плохими проводниками», а особым классом со многими замечательными физическими свойствами, отличающими их как от металлов, так и от диэлектриков. Чтобы понять свойства полупроводников, необходимо разобраться в их строении. Рассмотрим природу связей, удерживающих атомы полупроводникового кристалла друг возле друга на примере кристалла кремния. Кремний – четырехвалентный элемент, следовательно, во внешней оболочке атома имеются четыре электрона, сравнительно слабо связанные с ядром. Число ближайших соседей каждого атома кремния также равно четырем. Взаимодействие пары соседних атомов осуществляется с помощью парноэлектронной (ковалентной) связи. В образовании этой связи от каждого атома участвуют по одному валентному электрону, которые отщепляются от атомов (коллективизируются кристаллом) и при своем движении большую часть времени проводят в пространстве между соседними атомами. Их отрицательный заряд удерживает положительные ионы кремния друг возле друга. Коллективизированная пара электронов не принадлежит лишь двум атомам. Каждый атом образует четыре связи с соседними, и любой валентный электрон может двигаться по одной из них. Дойдя до соседнего, он может перейти к следующему атому, а затем дальше вдоль всего кристалла. Валентные электроны принадлежат всему кристаллу. Аналогичное строение имеют другие полупроводниковые кристаллы, например германий.