Електричний струм у вакуумі

План заняття № 36

Вид заняття: лекція.

Тема лекції: Електричний струм в газах і вакуумі. Несамостійний і самостійний розряди в газах. Термоелектронна емісія. Поняття про плазму. Електричний струм у напівпровідниках.

Мета: Закріпити знання учнями понять: електричний струм, постійний електричний струм. Сформувати знання про умови існування струму в газах і вакуумі. Розглянути устрій електронно – променевої трубки. Розвивати вміння робити висновки, виражати думки.

Методи: направлені на закріплення і удосконалення знань та формування вмінь та навичок, и одночасне первинне засвоєння матеріалу: інформаційно-розвиваючі и репродуктивні.

План лекції:

1. Електричний струм в вакуумі.

2. Електронно – променева трубка.

3. Електричний струм в газах.

4. Електричний струм в напівпровідниках. Електронна і діркова провідність.

Література:

1. Основна:

1.1. Гончаренко С.У. Фізика. 10-11 класи шкіл гуманітарного профілю. – К.: Освіта, 1996.

1.2. Жданов Л.С., Жданов Г.Л. Фізика. Підручник для середніх спеціальних навчальних закладів – К.: Вища школа, 1993.

2. Додаткова:

2.1. Гофман Ю.В. Фізика. Підручник для середніх спеціальних навчальних закладів. – К.: Наукова думка, 1977.

2.2. М’якішев Г.Я., Буховцев Б.Б. Фізика 10 клас. – М.: Просвіта, 1990.

2.3. М’якішев Г.Я., Буховцев Б.Б. Фізика 11 клас. – М.: Просвіта, 1991.

Структура заняття:

1. Організаційна частина: переклик, організаційні питання.

2. Повідомлення теми, мети та основних завдань.

3. Актуалізація опорних знань та мотивація навчаль­ної діяльності.

4. Питання лекції:

4.1 Електричний струм в вакуумі.

4.2 Електронно – променева трубка.

4.3 Електричний струм в газах.

4.4 Електричний струм в напівпровідниках. Електронна і діркова провідність

5. Підведення підсумків, узагальнення матеріалу

6. Видача завдання для самостійної роботи студентів: домашнє завдання

Зміст лекції:

Електричний струм у вакуумі

Щоб розібратися, що являє собою струм у вакуумі, необхідно визначитися з поняттям вакууму.

Вакуум – це стан газу з тиском менше ніж атмосферний, тобто це стан газу, при якому молекули газу встигають пролетіти від однієї стінки балону до іншої, жодного разу не випробувавши зіткнень один з одним. Розрізняють низький, середній та високий вакуум.

Коли кажуть про струм у вакуумі, то мають на увазі високий вакуум.

Щоб у вакуумі існував струм, слід помістити в нього джерело заряджених частинок.

Термоелектронна емісія. Найчастіше дія такого джерела заряджених частинок заснована на властивості тіл, нагрітих до високої температури, випускати електрони. Цей процес називається термоелектронною емісією. Його можна розглядати як випаровування електронів з поверхні металу. В багатьох твердих речовин термоелектронна емісія починається при температурах, при яких випаровування самої речовини ще не відбувається. Такі речовини і використовуються для виготовлення катодів.

Однобічна провідність. Явище термоелектронній емісії приводить до того, що нагрітий металевий електрод, на відміну від холодного, безперервно випускає електрони. Електрони утворюють довкола електроду електронну хмару. Електрод заряджає позитивно, і під впливом електричного поля зарядженої хмари електрони з хмари частково повертаються на електрод.

У рівноважному стані число електронів, що покинули електрод в секунду, дорівнює числу електронів, що повернулися на електрод за цей час. Чим вище температура металу, тим вище густина електронної хмари.

Відмінність між температурами гарячих і холодних електродів, упаяних в судину, з якої відкачано повітря, приводить до однобічної провідності електричного струму між ними.

При підключенні електродів до джерела струму між ними виникає електричне поле. Якщо позитивний полюс джерела струму з’єднаний з холодним електродом (анодом), а негативний — з нагрітим (катодом), то вектор напруженості електричного поля направлений до нагрітого електроду. Під дією цього поля електрони частково покидають електронну хмару і рухаються до холодного електроду. Електричне коло замикається, і в ньому встановлюється електричний струм. При протилежній полярності включення джерела напруженість поля направлена від нагрітого електроду до холодного. Електричне поле відштовхує електрони хмари назад до нагрітого електроду. Коло виявляється розімкненим.

Діод. Однобічна провідність широко використовувалася раніше в електронних приладах з двома електродами – вакуумних діодах, які служили, як і напівпровідникові діоди, для випрямлення електричного струму. Проте в даний час вакуумні діоди практично не застосовуються.

Для створення струму у вакуумі необхідне спеціальне джерело заряджених частинок. Дія такого джерела зазвичай заснована на термоелектронній емісії.