Электрический ток в вакууме

 

Вакуум – это отсутствие какого-либо вещества в пространстве и поэтому вакуум является идеальным изолятором. Для того чтобы в вакууме пошел ток, нужно искусственно ввести в это пространство свободные электроны. С этой целью в вакууме нагревают металл, из которого за счет термоэлектронной эмиссии вылетают электроны.

Это явление используется при создании электровакуумных ламп и электроннолучевых трубок (кинескопов). Рассмотрим принцип действия простейшей электровакуумной лампы (диода), имеющей два электрода (рисунок 25).

Рисунок 25. Электровакуумный диод и его вольтамперная характеристика

 

При накаливании катода К происходит термоэлектронная эмиссия и у катода образуется облако электронов. Если к аноду А приложить положительный потенциал по отношению к катоду, то электроны от катода начнут двигаться к аноду и в цепи анода потечет ток. Если изменить полярность анодного напряжения, то ток прекратится.

Такая лампа называется диодом (или кенотроном) и пропускает ток только в одном направлении. Поэтому он используется для выпрямления переменного тока.

Вольтамперную характеристику диода называют анодной характеристикой. При возрастании напряжения все большая часть электронного облака, находящегося у катода, достигает анода и ток увеличивается. При токе насыщения все электроны, испускаемые катодом, достигают анода.

Рисунок 26. Электровакуумный триод

Если в лампу ввести еще один электрод, называемый сетка, и подать на него отрицательный потенциал по отношению к катоду, то этот потенциал будет отталкивать электроны назад к катоду. Таким образом, можно управлять током анода и осуществлять усиление сигналов за счет энергии источника, питающего анод. Электровакуумная

лампа с тремя электродами называется триодом (рисунок 26).

Электронно-лучевая трубка (кинескоп)

Рисунок 27. Электронно-лучевая трубка

Прибор, в котором используется пучок электронов, свободно летящих в пространстве за анодом, называется электронно-лучевой трубкой (рисунок 27). Источником электронов в электронно-лучевой трубке служит катод 2, нагреваемый нитью накала 1. Электроны разгоняются электрическим полем между катодом и анодами 4 и 5. Изменяя напряжение на аноде 4, можно фокусировать электронный пучок 8. Изменяя напряжение между катодом 2 и управляющим электродом 3, можно изменять интенсивность электронного пучка и яркость пятна на экране. Экран 9 покрыт изнутри тонким слоем кристаллов, которые начинают светиться при попадании на них электронного пучка. С помощью электрических полей, создаваемых парами пластин 6 и 7, можно управлять движением электронов и заставить электронный пучок «рисовать» любую картину на экране. Одна пара пластин расположена вертикально, а вторая – горизонтально. Смещение пятна на экране пропорционально напряжению, приложенному к пластинам.