Эмиссия құбылыстары. Газ разрядтары.

Егер электрондарға шығу жұмысын жеңу үшін қажетті энергияны берсе, онда электрондардың кейбір бөлігі металды тастап шыға алады. Соның нәтижесінде электрондарды шығару құбылысын немесе электрондық эмиссияны бақылауға болады.

Электрондарға энергия беру тәсіліне байланысты термоэлектрондық, фотоэлектрондық және екінші қайтара электрондық эмиссияны ажыратады.

Термоэлектрондық эмиссияны вакуумдық диодтың көмегімен жүзеге асыруға болады. Вакуумдық диодтың вольтамперлік сипаттамасы сызықты емес:

 

I термоэлектрондық тогының U анодтық кернеуге тәуелділігі

Богуславский-Ленгмюр заңымен өрнектеледі (екіден үш заңы):

 

I = BU 2,

мұндағы B - электродтардың пішіні мен өлшемдеріне, сондай – ақ олардың өзара орналасуына тәуелді коэффициент.

Анодтық кернеу ұлғайғанда термоэлектрондық ток күші,

I кан

Анығу тогы

деп аталатын, өзінің белгілі бір максималды мәніне жетеді. Қанығу тогының тығыздығы температураға барынша тәуелді. Бұл тәуелділік Ричардсон- Дешмен заңы арқылы өрнектеледі:

 

jкан

 

= CT 2

ex æ- A ö

pç

÷,

è kT ø

мұндағы A - электронның катодтан шығу жұмысы, C - теориялық тұрғыдан алғанда барлық металдар үшін бірдей тұрақты, T - термодинамикалық температура.

Электр тогының газ арқылы өту процесі газ разряды

деп аталады.

Сыртқы иондағыштың әсерінен ғана пайда болатын разряд тәуелді разряд деп аталады (ОС бөлігі).

Сыртқы иондағыштың әсері аяқтал-ғаннан кейін де жалғаса беретін газ разряды тәуелсіз разряд деп аталады (ДЕ бөлігі). Тәуелсіз газ разрядының пайда

болуына себепті процестер: электрондық соққыдан иондалу, оң иондармен атқылау әсерінен пайда болатын катодтан шығатын екінші қайтара электрондық эмиссия, фотоэффект, фотоиондау.

Бірқатар элементтер (кремний Si, германий Ge, селен Se және т.б.) мен химиялық қосылыстар, мәселен галлий арсениді GaAs, индий арсениді InAs, индий антимониді InSb, кремний карбиді SiC және т.б.) жартылай өткізгіштер болып табылады.

Төмен температураларда жартылай өткізгіштер изолятор болып табылады, алайда температура артқан сайын олардың меншікті кедергісі едәуір төмендейді. Бұлай болу себебі жылулық қозғалыстың

әсерінен ток тасушылар шоғырының ұлғаюында. Кристалды қыздырған кезде жылулық тербелістер валенттік байланыстардың үзілуіне әкеледі. Нәтижесінде, соған дейін валенттік байланысты түзеуге

қатысатын электрондардың кейбір бөлігі өткізгіштік электрондарына айналады. Валенттік байланыстың үзілуі байланысы жетіспейтін бос орынның

- кемтіктің - пайда болуына әкеледі.

Электр өрісі бар жағдайда токтың қалыптасуына өткізгіштік электрондары да, сондай-ақ кемтіктер де өз үлесін қосады. Химиялық қоспасы және басқа ақаулары жоқ таза жартылай өткізгіштердегі қарастырылған өткізгіштік процесі жартылай өткізгіштердің меншікті өткізгіштігі деп аталады.

Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі сондай-ақ қоспаға да байланысты болуы мүмкін. Өткізгіштік электрондарының пайда болуына әкелетін қоспалар (мысалы, кремний құрамындағы мышьяк) донорлық, ал кемтіктерді тудыратын қоспалар (мысалы, кремний құрамындағы бор) акцепторлық қоспалар деп аталады.

 

Егер жартылай өткізгіштегі электрондардың шоғыры кемтіктердің шоғырынан едәуір көбірек болса, онда n-типті жартылай өткізгіш туралы сөз етеді.

Егер де оң кемтіктердің саны әлде қайда басым болса, жартылай өткізгіш p- типті жартылай өткізгіш деп аталады. Басым бөлігімен қатысқан ток тасушылары негізгі ток тасушылары, ал аз бөлігімен қатысқандары – негізгі емес ток тасушылары болып саналады.

Көптеген тұздардың, қышқылдардың және сілтілердің судағы ерітінділері электр тогын жақсы өткізеді. Оларды электролиттер немесе екінші текті өткізгіштер деп атайды.

Ерітілген заттың молекуласы еріткіш молекулаларының әсерінен оң және теріс иондарға ыдырайды, олар ток тасушылары болып табылады. Бұл процесс токқа тәуелсіз жүреді және электролиттік диссоциация деп аталады. Диссоциация дәрежесі деп электролиттің диссоциацияланған молекулалар санының оның молекулаларының жалпы санына қатынасын атайды

 = nдисс.

n

Электр өрісі бар кезде әр аттас иондардың қарама-қарсы қозғалысы салдарынан ток пайда болады. Токтың тығыздығы мына өрнектің көмегімен анықталады

j = en + v +

+ en - v -

= en (v

+ v -).

 

+

Электр өрісінде ионның қозғалысына екі күш әсер етеді:

Fэл = qE

үдетуші

электр күші және

Fтеж

= 6 r v

сұйықтың ішкі үйкелісінің тежегіш күші.

Қалыптасқан қозғалыс кезінде

Fэл = Fтеж, сонда

 

v = qE

6 r

= bE,

 

мұндағы

бағынады:

b = q

6 r

- ионның қозғалғыштығы. Электролиттер Ом заңына

j = en (b ++ b -) E,

мұндағы

en (b +

+ b -) = 

электролиттің меншікті өткізгіштігі.

Электродтарда электролиттің химиялық құрамына кіретін заттардың бөліну процесін электролиз деп атайды..

Электролиздің бірінші заңы: электродта бөлінетін заттың массасы электролит арқылы өткен зарядқа пропорционал:

m = kq = kIt, мұндағы k – заттың электрохимиялық эквиваленті.

Электролиздің екінші заңы: заттың электрохимиялық эквиваленті оның химиялық эквивалентіне пропорционал:

k = 1 M,

F z

мұндағы

F = NAe =96484 Кл/моль – Фарадей саны деп аталатын тұрақты, M -

заттың молдік массасы, z - оның валенттілігі..

Лекция МАГНИТИЗМ