Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия

Электроны в металле можно рассматривать как электронный газ, подчиняющийся законам молекулярно-кинетической теории. Электроны как и молекулы находятся в состоянии непрерывного теплового движения (см. например п.5.7).

Если электрон получит энергию Е_к, достаточную для совершения работы выхода А, то он может покинуть металл (см. также формулу 5.11). Такую энергию электрон может приобрести при нагревании металла. Испускание электронов нагретыми металлами называетсятермоэлектронной эмиссией. Металл при этом приобретает положительный потенциал, а около его поверхности образуется электронное облако с отрицательным потенциалом. Электроны, покидая металл, должны преодолеть эту разность потенциалов(е – заряд электрона). Если электроны ускорить электрическим полем, то возникает электрический ток. Такой ток может быть получен в вакууме, где движению электронов не мешают молекулы газа (например, в электронной лампе между нагретым катодом и анодом). Зависимость величины анодного токаI_aот разности потенциалов между анодом и катодом показана на рис. 6.4. При увеличении Δφ ток растет и достигает насыщенияI_Н, когда все испущенные при данной температуре электроны достигают анода.

Рис.6.4

Зависимость анодного тока I_aот Δφ выражается формулой Богуславского – Ленгмюра:

I_a = α(Δφ)^3/2,

где α – коэффициент, зависящий от формы, материала электродов. Плотность тока насыщения j_нопределяется формулой Ричардсона – Дешмана:

j_н= СТ²ехр (-А/kT),

где С – константа; Т – температура катода; А – работа выхода электрона; k– постоянная Больцмана.

Для снижения работы выхода и, следовательно, для увеличения I_нкатоды покрывают пленкой другого металла с меньшей А.