Antipyretika für Kinder werden von einem Kinderarzt verschrieben. Es gibt jedoch Notfallsituationen mit Fieber, in denen dem Kind sofort Medikamente verabreicht werden müssen. Dann übernehmen die Eltern die Verantwortung und greifen zu fiebersenkenden Medikamenten. Was darf man Kleinkindern geben? Wie kann man die Temperatur bei älteren Kindern senken? Welche Medikamente sind die sichersten?
Lektion Nr. 40-169 Elektrischer Strom in Gasen. Elektrischer Strom im Vakuum.
IN normale Bedingungen Gas ist ein Dielektrikum ( R ), d.h. besteht aus neutralen Atomen und Molekülen und enthält keine freien Träger elektrischen Stroms. Leitergas ist ein ionisiertes Gas, es hat Elektronen-Ionen-Leitfähigkeit.Luft-Dielektrikum
Gasionisation- Dies ist der Zerfall neutraler Atome oder Moleküle in positive Ionen und Elektronen unter dem Einfluss eines Ionisators (ultraviolette, Röntgen- und radioaktive Strahlung; Erhitzen). und wird durch den Zerfall von Atomen und Molekülen bei Kollisionen mit hohen Geschwindigkeiten erklärt. Gasentladung– Durchgang von elektrischem Strom durch Gas. In Gasentladungsröhren (Lampen) wird eine Gasentladung beobachtet, wenn sie einem elektrischen oder magnetischen Feld ausgesetzt wird. 
Rekombination geladener Teilchen
Nicht selbsterhaltende Gasentladung- Hierbei handelt es sich um eine Entladung, die nur unter dem Einfluss externer Ionisatoren auftritt Das Gas im Rohr wird ionisiert und den Elektroden zugeführt In der Röhre entsteht eine Spannung (U) und ein elektrischer Strom (I). Mit steigendem U steigt auch der Strom I Wenn alle in einer Sekunde gebildeten geladenen Teilchen in dieser Zeit (bei einer bestimmten Spannung) die Elektroden erreichen ( U*) erreicht der Strom die Sättigung (I n). Wenn die Wirkung des Ionisators stoppt, stoppt auch die Entladung (I= 0). Selbsterhaltende Gasentladung- eine Entladung in einem Gas, die nach Beendigung des externen Ionisators aufgrund von Ionen und Elektronen infolge einer Stoßionisation (= Ionisation eines elektrischen Schlags) bestehen bleibt; tritt auf, wenn die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden zunimmt (es entsteht eine Elektronenlawine). Bei einem bestimmten Spannungswert ( U-Zusammenbruch) aktuelle Stärke wieder erhöht sich. Der Ionisator wird zur Aufrechterhaltung der Entladung nicht mehr benötigt. Die Ionisierung erfolgt durch Elektronenstoß. Eine nicht selbsterhaltende Gasentladung kann sich in eine selbsterhaltende Gasentladung umwandeln, wenn U a = U Zündung. Elektrischer Gasausfall- Übergang einer nicht selbsterhaltenden Gasentladung in eine selbsterhaltende. Arten der unabhängigen Gasentladung:
1. Schwelen – bei niedrigen Drücken (bis zu mehreren mm Hg) – beobachtet in Gaslichtröhren und Gaslasern. (Lampe Tageslicht)
2. Funke – bei Normaldruck ( P =
P
Geldautomat) und hohe Spannung elektrisches Feld E (Blitz – Stromstärke bis Hunderttausende Ampere). 3. Korona – bei Normaldruck in einem ungleichmäßigen elektrischen Feld (an der Spitze das St. Elmo-Feuer). 4. Lichtbogen – tritt zwischen eng beieinander liegenden Elektroden auf – hohe Stromdichte, niedrige Spannung zwischen den Elektroden (in Scheinwerfern, Projektionsfilmgeräten, Schweißen, Quecksilberlampen)
Plasma- das ist der vierte Aggregatzustand Stoffe mit einem hohen Ionisationsgrad aufgrund der Kollision von Molekülen mit hoher Geschwindigkeit und hoher Temperatur; kommt in der Natur vor: Die Ionosphäre ist ein schwach ionisiertes Plasma, die Sonne ist ein vollständig ionisiertes Plasma; künstliches Plasma - in Gasentladungslampen. Plasma ist: 1. - niedrige Temperatur T 10 5 K. Grundlegende Eigenschaften von Plasma: - hohe elektrische Leitfähigkeit; - starke Wechselwirkung mit externen elektrischen und magnetischen Feldern. Bei T = 20∙ 10 3 ÷ 30∙ 10 3 K ist jede Substanz Plasma. 99 % der Materie im Universum ist Plasma.
Elektrischer Strom im Vakuum.
). In einem Vakuum: - Elektrischer Strom ist unmöglich, weil die mögliche Anzahl ionisierter Moleküle kann keine elektrische Leitfähigkeit bereitstellen; - Es ist möglich, im Vakuum elektrischen Strom zu erzeugen, wenn Sie eine Quelle geladener Teilchen verwenden. - Die Wirkung einer Quelle geladener Teilchen kann auf dem Phänomen der thermionischen Emission beruhen. Glühemission- das Phänomen der Emission freier Elektronen von der Oberfläche erhitzter Körper; die Emission von Elektronen durch feste oder flüssige Körper tritt auf, wenn sie auf Temperaturen erhitzt werden, die dem sichtbaren Glühen eines heißen Metalls entsprechen. Die erhitzte Metallelektrode gibt kontinuierlich Elektronen ab und bildet so eine Elektronenwolke um sich herum.Im Gleichgewichtszustand ist die Anzahl der Elektronen, die die Elektrode verlassen haben, gleich der Anzahl der Elektronen, die zu ihr zurückgekehrt sind (da die Elektrode positiv geladen wird, wenn Elektronen verloren gehen). Je höher die Temperatur des Metalls ist, desto höher ist die Dichte der Elektronenwolke. Elektrischer Strom im Vakuum ist in Vakuumröhren möglich. Eine Elektronenröhre ist ein Gerät, das das Phänomen der thermionischen Emission nutzt. 
Vakuumdiode.
I-V-Kennlinie (Volt-Ampere-Kennlinie) einer Vakuumdiode.
Strom am Eingang des Diodengleichrichters Bei niedrigen Anodenspannungen erreichen nicht alle von der Kathode emittierten Elektronen die Anode und der Strom ist gering. Bei hohen Spannungen erreicht der Strom die Sättigung, d.h. Maximalwert. Die Vakuumdiode hat eine Einwegleitfähigkeit und wird zur Gleichrichtung verwendet Wechselstrom.
Elektronenstrahlen ist ein Strom schnell fliegender Elektronen in Vakuumröhren und Gasentladungsgeräten. Eigenschaften von Elektronenstrahlen: - in elektrischen Feldern abweichen; - abweichen Magnetfelder unter dem Einfluss der Lorentzkraft; - Wenn ein Strahl, der auf eine Substanz trifft, abgebremst wird, entsteht Röntgenstrahlung; - verursacht Leuchten (Lumineszenz) einiger Feststoffe und Flüssigkeiten (Luminophore); - Erhitzen Sie die Substanz, indem Sie sie berühren.
Kathodenstrahlröhre (CRT)
Jeder Strom tritt nur in Gegenwart einer Quelle mit freien geladenen Teilchen auf. Dies liegt daran, dass es im Vakuum keine Stoffe, auch keine elektrischen Ladungen, gibt. Daher gilt Vakuum als das Beste. Damit elektrischer Strom durch das Gerät fließen kann, muss sichergestellt werden, dass eine ausreichende Anzahl freier Ladungen vorhanden ist. In diesem Artikel werden wir untersuchen, was elektrischer Strom im Vakuum ist.
Wie kann elektrischer Strom im Vakuum entstehen?
Um im Vakuum einen vollständigen elektrischen Strom zu erzeugen, ist es notwendig, ein physikalisches Phänomen wie die thermionische Emission zu nutzen. Es basiert auf der Eigenschaft eines bestimmten Stoffes, beim Erhitzen freie Elektronen abzugeben. Solche Elektronen, die einen erhitzten Körper verlassen, werden thermionische Elektronen genannt, und der gesamte Körper wird Emitter genannt.
Die thermionische Emission liegt dem Betrieb von Vakuumgeräten, besser bekannt als Vakuumröhren, zugrunde. In den meisten einfachste Bauweise enthält zwei Elektroden. Eine davon ist die Kathode, eine Spirale, deren Material Molybdän oder Wolfram ist. Er wird durch elektrischen Strom erhitzt. Die zweite Elektrode wird Anode genannt. Es befindet sich in einem kalten Zustand und übernimmt die Aufgabe, thermionische Elektronen zu sammeln. In der Regel ist die Anode zylinderförmig und in ihrem Inneren befindet sich eine beheizte Kathode.
Anwendung von Strom im Vakuum
Im letzten Jahrhundert spielten Vakuumröhren eine führende Rolle in der Elektronik. Und obwohl sie längst durch Halbleitergeräte ersetzt wurden, wird das Funktionsprinzip dieser Geräte in Kathodenstrahlröhren verwendet. Dieses Prinzip wird bei Schweiß- und Schmelzarbeiten im Vakuum und anderen Bereichen eingesetzt.
Somit ist eine der Stromarten ein im Vakuum fließender Elektronenfluss. Wenn die Kathode erhitzt wird, entsteht ein Zwischenraum zwischen ihr und der Anode elektrisches Feld. Dadurch erhalten Elektronen eine bestimmte Richtung und Geschwindigkeit. Nach diesem Prinzip funktioniert eine Elektronenröhre mit zwei Elektroden (Diode), die in der Funktechnik und Elektronik weit verbreitet ist.
Das moderne Gerät ist ein Zylinder aus Glas oder Metall, aus dem zuvor die Luft abgepumpt wurde. Im Inneren dieses Zylinders sind zwei Elektroden, eine Kathode und eine Anode, eingelötet. Zu verbessern technische Eigenschaften Es werden zusätzliche Gitter eingebaut, mit deren Hilfe der Elektronenfluss erhöht wird.
Thema. Elektrischer Strom im Vakuum
Zweck der Lektion: Den Schülern die Natur des elektrischen Stroms im Vakuum erklären.
Unterrichtsart: Lektion zum Erlernen neuer Materialien.
UNTERRICHTSPLAN
NEUES MATERIAL LERNEN
Vakuum ist ein Gaszustand, in dem der Druck geringer als der Atmosphärendruck ist. Es gibt niedriges, mittleres und hohes Vakuum.
Um ein Hochvakuum zu erzeugen, ist das erforderliche Vakuum, bei dessen Überschreitung im verbleibenden Gas durchschnittliche Länge Die freie Weglänge der Moleküle ist größer als die Größe des Gefäßes bzw. der Abstand zwischen den Elektroden im Gefäß. Wenn also in einem Gefäß ein Vakuum erzeugt wird, kollidieren die Moleküle darin fast nicht miteinander und fliegen frei durch den Zwischenelektrodenraum. In diesem Fall kommt es nur zu Kollisionen mit den Elektroden oder mit den Gefäßwänden.
Damit im Vakuum Strom vorhanden ist, muss eine Quelle freier Elektronen im Vakuum platziert werden. Die höchste Konzentration an freien Elektronen in Metallen. Bei Raumtemperatur können sie das Metall jedoch nicht verlassen, da sie durch die Coulomb-Anziehungskräfte positiver Ionen darin gehalten werden. Um diese Kräfte zu überwinden, muss ein Elektron eine bestimmte Energie, die sogenannte Austrittsarbeit, aufwenden, um die Metalloberfläche zu verlassen.
Wenn die kinetische Energie des Elektrons größer oder gleich der Austrittsarbeit ist, verlässt es die Oberfläche des Metalls und wird frei.
Der Vorgang der Emission von Elektronen aus der Oberfläche eines Metalls wird als Emission bezeichnet. Je nachdem, wie die von den Elektronen benötigte Energie übertragen wurde, werden verschiedene Emissionsarten unterschieden. Eine davon ist die thermische Elektronenemission.
Ø Die Emission von Elektronen durch erhitzte Körper wird als thermoelektronische Emission bezeichnet.
Das Phänomen der thermionischen Emission führt dazu, dass eine erhitzte Metallelektrode kontinuierlich Elektronen emittiert. Die Elektronen bilden eine Elektronenwolke um die Elektrode. In diesem Fall wird die Elektrode positiv geladen und unter dem Einfluss des elektrischen Feldes der geladenen Wolke werden Elektronen aus der Wolke teilweise zur Elektrode zurückgeführt.
Im Gleichgewichtszustand ist die Anzahl der Elektronen, die pro Sekunde die Elektrode verlassen, gleich der Anzahl der Elektronen, die in dieser Zeit zur Elektrode zurückkehren.
Damit Strom vorhanden ist, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein: das Vorhandensein freier geladener Teilchen und ein elektrisches Feld. Um diese Bedingungen zu schaffen, werden zwei Elektroden (Kathode und Anode) im Zylinder platziert und Luft aus dem Zylinder gepumpt. Durch die Erwärmung der Kathode fliegen Elektronen aus ihr heraus. An die Kathode wird ein negatives Potential angelegt, an die Anode ein positives Potential.
Eine moderne Vakuumdiode besteht aus einem Glas- oder Metallkeramikzylinder, aus dem Luft auf einen Druck von 10-7 mm Hg evakuiert wird. Kunst. In den Zylinder sind zwei Elektroden eingelötet, von denen eine – die Kathode – die Form eines vertikalen Metallzylinders aus Wolfram hat und meist mit einer Schicht aus Erdalkalioxiden überzogen ist.
Im Inneren der Kathode befindet sich ein isolierter Leiter, der durch Wechselstrom erhitzt wird. Die erhitzte Kathode gibt Elektronen ab, die zur Anode gelangen. Die Anode der Lampe ist ein runder oder ovaler Zylinder, der mit der Kathode eine gemeinsame Achse hat.
Die Einwegleitfähigkeit einer Vakuumdiode beruht darauf, dass durch die Erwärmung Elektronen aus der heißen Kathode herausfliegen und zur kalten Anode wandern. Elektronen können durch die Diode nur von der Kathode zur Anode fließen (d. h. elektrischer Strom kann nur in die entgegengesetzte Richtung fließen: von der Anode zur Kathode).
Die Abbildung zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Vakuumdiode (ein negativer Spannungswert entspricht dem Fall, wenn das Kathodenpotential höher als das Anodenpotential ist, d. h. das elektrische Feld „versucht“, Elektronen zur Kathode zurückzubringen).
Zur Gleichrichtung von Wechselstrom werden Vakuumdioden eingesetzt. Wenn Sie eine weitere Elektrode (Gitter) zwischen Kathode und Anode platzieren, wirkt sich bereits eine geringfügige Änderung der Spannung zwischen Gitter und Kathode erheblich auf den Anodenstrom aus. Mit einer solchen Elektronenröhre (Triode) können Sie schwache elektrische Signale verstärken. Daher waren diese Lampen für einige Zeit die Hauptelemente elektronische Geräte.
Elektrischer Strom im Vakuum wurde in einer Kathodenstrahlröhre (CRT) verwendet, ohne dies lange Zeit Einen Fernseher oder ein Oszilloskop konnte man sich nicht vorstellen.
Die Abbildung zeigt einen vereinfachten Aufbau einer CRT.
Die Elektronenkanone im Hals der Röhre ist die Kathode, die einen intensiven Elektronenstrahl aussendet. Ein spezielles System aus Zylindern mit Löchern (1) bündelt diesen Strahl und verengt ihn. Wenn Elektronen auf den Schirm (4) treffen, beginnt dieser zu leuchten. Der Elektronenfluss kann mithilfe vertikaler (2) oder horizontaler (3) Platten gesteuert werden.
Im Vakuum kann erhebliche Energie auf Elektronen übertragen werden. Mit Elektronenstrahlen lassen sich sogar Metalle im Vakuum schmelzen.
FRAGEN AN STUDENTEN WÄHREND DER PRÄSENTATION NEUER MATERIALIEN
Erste Ebene
1. Zu welchem Zweck wird in Elektronenröhren ein Hochvakuum erzeugt?
2. Warum leitet eine Vakuumdiode Strom nur in eine Richtung?
3. Wozu dient eine Elektronenkanone?
4. Wie werden Elektronenstrahlen gesteuert?
Zweites Level
1. Welche Merkmale weist die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Vakuumdiode auf?
2. Funktioniert eine Radioröhre mit Glasscherben im Weltraum?
KONSTRUKTION VON GELERNTEM MATERIAL
1. Was muss getan werden, damit eine Trielektrodenlampe als Diode verwendet werden kann?
2. Wie können Sie: a) die Geschwindigkeit der Elektronen im Strahl erhöhen; b) die Richtung der Elektronenbewegung ändern; c) aufhören, Elektronen zu bewegen?
1. Der maximale Anodenstrom in einer Vakuumdiode beträgt 50 mA. Wie viele Elektronen werden pro Sekunde von der Kathode emittiert?
2. Ein Elektronenstrahl, der durch die Spannung U 1 = 5 kV beschleunigt wird, fliegt hinein Flachkondensator in der Mitte zwischen den Platten und parallel zu ihnen. Kondensatorlänge l = 10 cm, Plattenabstand d = 10 mm. Bei welcher Mindestspannung U 2 am Kondensator fliegen die Elektronen nicht heraus?
Lösungen. Die Bewegung eines Elektrons ähnelt der Bewegung eines horizontal geworfenen Körpers.
Die horizontale Komponente v der Elektronengeschwindigkeit ändert sich nicht; sie stimmt mit der Elektronengeschwindigkeit nach der Beschleunigung überein. Diese Geschwindigkeit kann mithilfe des Energieerhaltungssatzes bestimmt werden: Dabei ist e das Elementar elektrische Ladung, me ist die Masse des Elektrons. Die vertikale Beschleunigung a überträgt auf das Elektron eine Kraft F, die vom elektrischen Feld des Kondensators aus wirkt. Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz gilt
Wo ist die elektrische Feldstärke im Kondensator?
Elektronen können den Kondensator nicht verlassen, wenn sie um die Distanz d/2 verschoben werden.
Also, 
- Bewegungszeit eines Elektrons in einem Kondensator. Von hier
Nach Überprüfung der Mengeneinheiten und Einsetzen der Zahlenwerte erhalten wir U 2 = 100 B.
WAS WIR IN DER LEKTION GELERNT HABEN
Vakuum ist ein so verdünntes Gas, dass die mittlere freie Weglänge der Moleküle größer ist lineare Abmessungen Schiff.
Die Energie, die ein Elektron aufwenden muss, um die Metalloberfläche zu verlassen, wird als Austrittsarbeit bezeichnet.
Die Emission von Elektronen durch erhitzte Körper wird als Thermoelektronenemission bezeichnet.
Elektrischer Strom im Vakuum ist die gerichtete Bewegung von Elektronen, die aus thermionischer Emission resultiert.
Die Vakuumdiode hat eine Einwegleitfähigkeit.
Mit einer Kathodenstrahlröhre können Sie die Bewegung von Elektronen steuern. Es war die CRT, die die Entstehung des Fernsehens ermöglichte.
Hausaufgaben
1. Abs. 1: § 17; Unterabschnitt 2: § 9.
Riv1 Nr. 6.12; 6,13; 6.14.
Riv2 Nr. 6.19; 6,20; 6.22, 6.23.
3. D: Bereiten Sie sich darauf vor unabhängige Arbeit № 4.
AUFGABEN AUS DER SELBSTARBEIT Nr. 4 „GESETZE DES GLEICHSTROMS“
Aufgabe 1 (1,5 Punkte)
Durch die Bewegung welcher Teilchen entsteht in Flüssigkeiten ein elektrischer Strom?
Eine Bewegung von Atomen.
Wäre die Bewegung von Molekülen.
B Bewegung von Elektronen.
D Bewegung positiver und negativer Ionen.
Die Abbildung zeigt eine elektrische Entladung in der Luft, die mit einem Tesla-Transformator erzeugt wird.
Und der elektrische Strom in jedem Gas ist in die Richtung gerichtet, in die sich die negativen Ionen bewegen.
Die Leitfähigkeit eines Gases beruht ausschließlich auf der Bewegung von Elektronen.
B Die Leitfähigkeit eines Gases beruht ausschließlich auf der Bewegung von Ionen.
D Die Leitfähigkeit eines Gases beruht ausschließlich auf der Bewegung von Elektronen und Ionen.
Aufgabe 3 zielt darauf ab, eine Korrespondenz (logisches Paar) herzustellen. Wählen Sie für jede mit einem Buchstaben gekennzeichnete Zeile eine mit einer Zahl gekennzeichnete Aussage aus.
Ein Halbleiter vom N-Typ.
B Halbleiter vom P-Typ.
Elektronische Leitfähigkeit.
D Lochleitfähigkeit.
1 Halbleiter, bei denen die Hauptladungsträger Löcher sind.
2 Halbleiter, bei denen die Hauptladungsträger Elektronen sind.
3 Leitfähigkeit eines Halbleiters aufgrund der Bewegung von Löchern.
4 Leitfähigkeit eines Halbleiters aufgrund der Elektronenbewegung.
5 Halbleiter, bei denen die Hauptladungsträger Elektronen und Löcher sind.
Bei welcher Stromstärke wurde die Elektrolyse einer wässrigen Lösung von CuSO 4 durchgeführt, wenn in 2 Minuten. An der Kathode wurden 160 g Kupfer freigesetzt?
Ist es möglich, dass sich elektrischer Strom im Vakuum ausbreitet (vom lateinischen Vakuum – Leere)? Da es im Vakuum keine freien Ladungsträger gibt, handelt es sich um ein ideales Dielektrikum. Das Auftreten von Ionen würde zum Verschwinden des Vakuums und zur Bildung von ionisiertem Gas führen. Aber das Erscheinen freier Elektronen sorgt für den Stromfluss durch das Vakuum. Wie bekommt man im Vakuum freie Elektronen? Nutzung des Phänomens der thermionischen Emission – der Emission von Elektronen durch eine Substanz beim Erhitzen.
Vakuumdiode, Triode, Kathodenstrahlröhre (in alten Fernsehgeräten) sind Geräte, deren Funktionsweise auf dem Phänomen der thermionischen Emission basiert. Das Grundprinzip des Betriebs: das Vorhandensein eines feuerfesten Materials, durch das Strom fließt – die Kathode, einer kalten Elektrode, die thermionische Elektronen sammelt – die Anode.
Voll Vakuum kann von keiner Pumpe gewonnen werden. Egal wie stark wir die Lampe auspumpen, es bleiben immer Gasspuren darin zurück. Daher fließt der elektrische Strom, den wir gerade kennengelernt haben, in einer Lampe nicht wirklich im Vakuum, sondern in einem sehr verdünnten Gas.
Moderne Pumpen sorgen für ein so hohes Vakuum, dass die in der Entladungsröhre verbleibenden Moleküle praktisch keinen Einfluss auf die Elektronenbewegung haben und der Strom wie im vollständigen Vakuum fließt. In manchen Fällen wird die Lampe jedoch bewusst nicht in diesem Ausmaß evakuiert. In einer solchen Lampe kollidieren Elektronen auf ihrem Weg immer wieder mit Gasmolekülen. Beim Aufprall übertragen sie einen Teil ihrer Energie auf Gasmoleküle. Normalerweise wird diese Energie zum Erhitzen des Gases verwendet, aber wann bestimmte Bedingungen Moleküle oder Atome eines Gases emittieren es in Form von Licht. Solche Leuchtröhren sind über U-Bahn-Türen, an Schaufenstern und Ladenschildern zu sehen.
Der Durchgang von elektrischem Strom in einem Gas ist ein äußerst komplexes und vielfältiges Phänomen. Eine seiner Formen ist der Lichtbogen, der beim Elektroschweißen und Schmelzen von Metallen verwendet wird.
Die Temperatur darin beträgt bei Atmosphärendruck etwa 3700 Grad. In einem Lichtbogen, der in auf 20 Atmosphären komprimiertem Gas brennt, erreicht die Temperatur 5900 Grad, also die Temperatur der Sonnenoberfläche.
Ein elektrischer Lichtbogen strahlt helles Licht aus weißes Licht und wird daher auch als leistungsstarke Lichtquelle in Projektionslampen und Strahlern eingesetzt.
Eine andere Form der elektrischen Entladung ist der Gasdurchschlag. Wir bringen zwei gegensätzlich geladene Metallkugeln einander näher (siehe Bild auf dem Cover). In diesem Fall erhöht sich das elektrische Feld zwischen ihnen. Schließlich wird es so groß, dass es den Luftmolekülen zwischen den Kugeln Elektronen entreißt. Es kommt zur Luftionisierung. Die dabei entstehenden freien Elektronen und Ionen strömen zu den Kugeln. Auf ihrem Weg bauen sie neue Moleküle ab und erzeugen neue Ionen. Die Luft wird vorübergehend leitfähig.
Bei der Annäherung an die Kugeln neutralisieren die Ionen deren Ladungen; das Feld verschwindet. Die verbleibenden Ionen rekombinieren zu Molekülen. Die Luft ist wiederum ein Isolator.
All dies geschieht im Bruchteil einer Sekunde. Der Zusammenbruch wird von einem Funken und einem Knistern begleitet. Ein Funke entsteht durch das Leuchten von Molekülen, die durch den Aufprall fliegender Ladungen angeregt werden. Der Riss entsteht durch die Ausdehnung der Luft aufgrund ihrer Erwärmung im Funkenweg.
Dieses Phänomen ähnelt im Miniaturformat Blitz und Donner. Tatsächlich ist ein Blitz die gleiche elektrische Entladung, die entsteht, wenn zwei gegensätzlich geladene Wolken zusammentreffen oder zwischen einer Wolke und der Erde.
Wir werden jetzt nicht zwei vorgeladene Kugeln zusammenbringen, sondern zwei Kohlenstoff- oder Metallelektroden, die an einem ausreichenden Ort befestigt sind leistungsstarker Generator. Die zwischen ihnen auftretende Entladung hört nicht auf, da die Elektroden dank des Generators nicht durch die auf sie fallenden Ionen neutralisiert werden. Anstelle eines sehr kurzfristigen Luftdurchbruchs entsteht ein stabiler Lichtbogen (Abb. 12), den wir oben bereits besprochen haben. Die im Lichtbogen entstehende hohe Temperatur hält den ionisierten Zustand der Luft zwischen den Elektroden aufrecht und erzeugt außerdem eine erhebliche thermionische Emission von der Kathode.
Elektrischer Strom im Vakuum
Vakuum ist ein Gaszustand, in dem der Druck geringer als der Atmosphärendruck ist. Es gibt niedriges, mittleres und hohes Vakuum.
Um ein Hochvakuum zu erzeugen, ist die erforderliche Verdünnung erforderlich, wobei im verbleibenden Gas die mittlere freie Weglänge der Moleküle größer ist als die Größe des Gefäßes bzw. der Abstand zwischen den Elektroden im Gefäß. Wenn also in einem Gefäß ein Vakuum erzeugt wird, kollidieren die Moleküle darin fast nicht miteinander und fliegen frei durch den Zwischenelektrodenraum. In diesem Fall kommt es nur zu Kollisionen mit den Elektroden oder mit den Gefäßwänden.
Damit im Vakuum Strom vorhanden ist, muss eine Quelle freier Elektronen im Vakuum platziert werden. Die höchste Konzentration an freien Elektronen in Metallen. Bei Raumtemperatur können sie das Metall jedoch nicht verlassen, da sie durch die Coulomb-Anziehungskräfte positiver Ionen darin gehalten werden. Um diese Kräfte zu überwinden, muss ein Elektron eine bestimmte Energie, die sogenannte Austrittsarbeit, aufwenden, um die Metalloberfläche zu verlassen.
Wenn die kinetische Energie des Elektrons größer oder gleich der Austrittsarbeit ist, verlässt es die Oberfläche des Metalls und wird frei.
Der Vorgang der Emission von Elektronen aus der Oberfläche eines Metalls wird als Emission bezeichnet. Je nachdem, wie die von den Elektronen benötigte Energie übertragen wurde, werden verschiedene Emissionsarten unterschieden. Eine davon ist die thermische Elektronenemission.
Ø Die Emission von Elektronen durch erhitzte Körper wird als thermoelektronische Emission bezeichnet.
Das Phänomen der thermionischen Emission führt dazu, dass eine erhitzte Metallelektrode kontinuierlich Elektronen emittiert. Die Elektronen bilden eine Elektronenwolke um die Elektrode. In diesem Fall wird die Elektrode positiv geladen und unter dem Einfluss des elektrischen Feldes der geladenen Wolke werden Elektronen aus der Wolke teilweise zur Elektrode zurückgeführt.
Im Gleichgewichtszustand ist die Anzahl der Elektronen, die pro Sekunde die Elektrode verlassen, gleich der Anzahl der Elektronen, die in dieser Zeit zur Elektrode zurückkehren.
2. Elektrischer Strom im Vakuum
Damit Strom vorhanden ist, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein: das Vorhandensein freier geladener Teilchen und ein elektrisches Feld. Um diese Bedingungen zu schaffen, werden zwei Elektroden (Kathode und Anode) im Zylinder platziert und Luft aus dem Zylinder gepumpt. Durch die Erwärmung der Kathode fliegen Elektronen aus ihr heraus. An die Kathode wird ein negatives Potential angelegt, an die Anode ein positives Potential.
Elektrischer Strom im Vakuum ist die gerichtete Bewegung von Elektronen, die aus thermionischer Emission resultiert.
3. Vakuumdiode
Eine moderne Vakuumdiode besteht aus einem Glas- oder Metallkeramikzylinder, aus dem Luft auf einen Druck von 10-7 mm Hg evakuiert wird. Kunst. In den Zylinder sind zwei Elektroden eingelötet, von denen eine – die Kathode – die Form eines vertikalen Metallzylinders aus Wolfram hat und meist mit einer Schicht aus Erdalkalioxiden überzogen ist.
Im Inneren der Kathode befindet sich ein isolierter Leiter, der durch Wechselstrom erhitzt wird. Die erhitzte Kathode gibt Elektronen ab, die zur Anode gelangen. Die Anode der Lampe ist ein runder oder ovaler Zylinder, der mit der Kathode eine gemeinsame Achse hat.
Die Einwegleitfähigkeit einer Vakuumdiode beruht darauf, dass durch die Erwärmung Elektronen aus der heißen Kathode herausfliegen und zur kalten Anode wandern. Elektronen können durch die Diode nur von der Kathode zur Anode fließen (d. h. elektrischer Strom kann nur in die entgegengesetzte Richtung fließen: von der Anode zur Kathode).
Die Abbildung zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Vakuumdiode (ein negativer Spannungswert entspricht dem Fall, wenn das Kathodenpotential höher als das Anodenpotential ist, d. h. das elektrische Feld „versucht“, Elektronen zur Kathode zurückzubringen).
Zur Gleichrichtung von Wechselstrom werden Vakuumdioden eingesetzt. Wenn Sie eine weitere Elektrode (Gitter) zwischen Kathode und Anode platzieren, wirkt sich bereits eine geringfügige Änderung der Spannung zwischen Gitter und Kathode erheblich auf den Anodenstrom aus. Mit einer solchen Elektronenröhre (Triode) können Sie schwache elektrische Signale verstärken. Daher waren diese Lampen einige Zeit lang die Hauptbestandteile elektronischer Geräte.
4. Kathodenstrahlröhre
Elektrischer Strom im Vakuum wurde in einer Kathodenstrahlröhre (CRT) verwendet, ohne die ein Fernseher oder ein Oszilloskop lange Zeit nicht mehr vorstellbar war.
Die Abbildung zeigt einen vereinfachten Aufbau einer CRT.
Die Elektronenkanone im Hals der Röhre ist die Kathode, die einen intensiven Elektronenstrahl aussendet. Ein spezielles System aus Zylindern mit Löchern (1) bündelt diesen Strahl und verengt ihn. Wenn Elektronen auf den Schirm (4) treffen, beginnt dieser zu leuchten. Der Elektronenfluss kann mithilfe vertikaler (2) oder horizontaler (3) Platten gesteuert werden.
Im Vakuum kann erhebliche Energie auf Elektronen übertragen werden. Mit Elektronenstrahlen lassen sich sogar Metalle im Vakuum schmelzen.
