1. Движением каких заряженных частиц обусловлен ток в вакууме?
Электрический ток в вакууме создаётся движением электронов. Именно они, покидая катод и двигаясь к аноду, образуют поток заряженных частиц.
2. Какое явление называют эмиссией электронов? Какие виды эмиссии электронов вам известны?
Эмиссия электронов — это процесс вылета электронов с поверхности вещества. Существуют термоэлектронная эмиссия, когда электроны вылетают при нагревании вещества, фотоэлектронная — под действием света, автоэлектронная — под действием сильного электрического поля и вторичная — когда электроны выбиваются другими быстрыми частицами.
3. Сравните условия возникновения тока в металлических проводниках и в вакууме.
В металлических проводниках ток возникает за счёт движения свободных электронов внутри вещества, при этом сами электроны не покидают металл. А в вакууме электроны движутся в пустоте между электродами, поэтому для возникновения тока нужно, чтобы электроны вышли из металла — для этого требуется эмиссия.
4. Что называют работой выхода электронов?
Работой выхода электронов называют минимальную энергию, необходимую, чтобы электрон покинул поверхность металла и перешёл во внешнее пространство.
5. Опишите устройство и принцип действия: а) вакуумного диода; б) электронно-лучевой трубки.
Вакуумный диод состоит из двух электродов — катода и анода — помещённых в герметичную стеклянную колбу, из которой откачан воздух. При нагревании катода электроны покидают его поверхность (термоэмиссия) и устремляются к положительно заряженному аноду. Так ток проходит только в одном направлении, от катода к аноду.
Электронно-лучевая трубка устроена сложнее. Она включает катод, анод, системы отклоняющих пластин и экран, покрытый люминофором. Электроны, вылетая из катода, ускоряются анодом, проходят через отклоняющие пластины, которые направляют луч, и, ударяясь о экран, вызывают свечение точки на нём — так формируется изображение.
6. Каким важным свойством обладают вакуумные диоды?
Главное свойство вакуумного диода — односторонняя проводимость, то есть он пропускает ток только в одном направлении.
Будет ли работать радиолампа с разбитым стеклом в космосе?
Радиолампа с разбитым стеклом в космосе работать не будет. Хотя в космосе действительно вакуум, но внутри лампы остаются остатки газов и детали, рассчитанные именно на внутренний технический вакуум и определённое давление. После разрушения колбы изменится электрическое поле, возможны утечки, загрязнение электродов и испарение материалов катода. Всё это приведёт к тому, что лампа перестанет функционировать.
1. Максимальная анодная сила тока в диоде равна 50 мА. Сколько электронов вылетает из катода каждую секунду?
Перевод тока в амперы I = 50 мА = 0,050 А Число электронов в секунду n равно отношению тока к заряду одного электрона n = I / e Подстановка n = 0,050 / 1,602176634·10⁻¹⁹ = 3,1207545372303814·10¹⁷ электронов в секунду Округлённо это 3,12·10¹⁷ электронов в секунду.
2. В диоде электрон подлетает к аноду со скоростью, модуль которой равен 8 • 10^6 м/с. Определите анодное напряжение.
Кинетическая энергия электрона ½ m v² равна работе электрического поля eU, откуда U = (½ m v²) / e Считаем шаги отдельно: v² = (8·10⁶)² = 6,4·10¹³ м²/с² ½ m v² = 0,5 · 9,10938356·10⁻³¹ · 6,4·10¹³ = 2,9170585705752864·10⁻¹⁷ Дж Делим на e чтобы получить напряжение U = 2,9170585705752864·10⁻¹⁷ / 1,602176634·10⁻¹⁹ = 181,9401604879478 В Округлённо анодное напряжение равно 181,94 В.
3. В диоде электроны ускоряются до энергии 100 эВ. Чему равен модуль их минимальной скорости движения у анода лампы?
Перевод энергии в джоули E = 100 эВ = 100 · e = 100 · 1,602176634·10⁻¹⁹ = 1,602176634·10⁻¹⁷ Дж Связь энергии и скорости v = sqrt(2 E / m) Подстановка v = sqrt(2 · 1,602176634·10⁻¹⁷ / 9,10938356·10⁻³¹) = 5,930969630832174·10⁶ м/с Округлённо модуль минимальной скорости у анода равен 5,93·10⁶ м/с.
4. Расстояние между катодом и анодом диода равно 1 см. Сколько времени движется электрон от катода к аноду при анодном напряжении, равном 440 В? Движение электрона считать равноускоренным.
Сначала находим финальную скорость v по eU = ½ m v², то есть v = sqrt(2 e U / m) Вычисления шаг за шагом: 2 e U = 2 · 1,602176634·10⁻¹⁹ · 440 = 1,410, (точно 1,410, - дальше в научной форме) 1,410, (с учётом степени) 1,410, (в джоулях) 1,410, ... удобнее дать итог численно v = 1,244090685409048·10⁷ м/с При равноускоренном движении начальная скорость принимается нулевой и средняя скорость равна v/2 Время пробега t равно t = d / (v/2) = 2 d / v Подстановка t = 2 · 0,01 / 1,244090685409048·10⁷ = 1,6075998506028638·10⁻⁹ с Округлённо t = 1,61·10⁻⁹ секунды то есть примерно 1,6 наносекунды.