Courant, courant électrique dans le vide. Sujet de publication électronique. Courant électrique dans le vide

Tout courant n'apparaît qu'en présence d'une source de particules chargées libres. Cela est dû au fait que dans le vide, il n'y a aucune substance, y compris des charges électriques. Le vide est donc considéré comme le meilleur. Pour que le courant électrique puisse le traverser, il est nécessaire de s'assurer de la présence d'un nombre suffisant de charges libres. Dans cet article, nous verrons ce qu'est le courant électrique dans le vide.

Comment le courant électrique peut-il apparaître dans le vide ?

Afin de créer un courant électrique complet dans le vide, il est nécessaire d'utiliser un phénomène physique tel que l'émission thermoionique. Il est basé sur la propriété d’une substance particulière d’émettre des électrons libres lorsqu’elle est chauffée. Ces électrons quittant un corps chauffé sont appelés électrons thermoioniques, et le corps entier est appelé émetteur.

L'émission thermoionique est à la base du fonctionnement des appareils à vide, mieux connus sous le nom de tubes à vide. La conception la plus simple contient deux électrodes. L'un d'eux est la cathode, qui est une spirale dont le matériau est du molybdène ou du tungstène. C'est lui qui est chauffé par le courant électrique. La deuxième électrode s’appelle l’anode. Il est à froid et effectue la tâche de collecter des électrons thermoioniques. En règle générale, l'anode se présente sous la forme d'un cylindre et une cathode chauffée est placée à l'intérieur.

Application de courant dans le vide

Au siècle dernier, les tubes à vide jouaient un rôle de premier plan dans l’électronique. Et, bien qu'ils aient été remplacés depuis longtemps par des dispositifs à semi-conducteurs, le principe de fonctionnement de ces dispositifs est utilisé dans les tubes cathodiques. Ce principe est utilisé dans les travaux de soudage et de fusion sous vide et dans d'autres domaines.

Ainsi, l’une des variétés de courant est un flux d’électrons circulant dans le vide. Lorsque la cathode est chauffée, un champ électrique apparaît entre elle et l'anode. C’est ce qui donne aux électrons une certaine direction et vitesse. Un tube électronique à deux électrodes (diode), largement utilisé dans l'ingénierie radio et l'électronique, fonctionne selon ce principe.

L'appareil moderne est un cylindre en verre ou en métal, à partir duquel l'air a été préalablement pompé. Deux électrodes, une cathode et une anode, sont soudées à l'intérieur de ce cylindre. Pour améliorer les caractéristiques techniques, des grilles supplémentaires sont installées, à l'aide desquelles le flux d'électrons est augmenté.

Le courant électrique peut être généré non seulement dans les métaux, mais aussi sous vide, par exemple dans des tubes radio, dans des tubes cathodiques. Découvrons la nature du courant dans le vide.

Les métaux contiennent un grand nombre d’électrons libres se déplaçant de manière aléatoire. Lorsqu'un électron s'approche de la surface d'un métal, les forces d'attraction agissant sur lui du côté des ions positifs et dirigées vers l'intérieur empêchent l'électron de quitter le métal. Le travail qui doit être effectué pour retirer un électron d’un métal dans le vide s’appelle fonction de travail. C'est différent pour différents métaux. Donc, pour le tungstène, cela est égal à 7,2*10 -19 j. Si l’énergie d’un électron est inférieure au travail de travail, il ne peut pas quitter le métal. Il existe de nombreux électrons, même à température ambiante, dont l'énergie n'est pas très supérieure au travail de travail. Après avoir quitté le métal, ils s'en éloignent sur une courte distance et, sous l'influence des forces d'attraction des ions, retournent au métal, ce qui entraîne une fine couche d'électrons sortants et retournants, qui sont en équilibre dynamique , se forme près de la surface. En raison de la perte d’électrons, la surface métallique se charge positivement.

Pour qu'un électron quitte le métal, il doit agir contre les forces répulsives du champ électrique de la couche électronique et contre les forces du champ électrique de la surface chargée positivement du métal (Fig. 85. a). À température ambiante, presque aucun électron ne pourrait s’échapper au-delà de la double couche chargée.

Pour que les électrons s’échappent au-delà de la double couche, ils doivent avoir une énergie bien supérieure au travail de sortie. Pour ce faire, de l’énergie est transmise aux électrons depuis l’extérieur, par exemple par chauffage. L’émission d’électrons par un corps chauffé est appelée émission thermoionique. C'est une des preuves de la présence d'électrons libres dans le métal.

Le phénomène d’émission thermoionique peut être observé dans une telle expérience. Après avoir chargé positivement l'électromètre (à partir d'une tige de verre électrifiée), nous le connectons avec un conducteur à l'électrode A de la lampe à vide de démonstration (Fig. 85, b). L'électromètre ne se décharge pas. Après avoir fermé le circuit, on chauffe le fil K. On voit que l'aiguille de l'électromètre tombe - l'électromètre est déchargé. Les électrons émis par le filament chaud sont attirés vers l'électrode A chargée positivement et neutralisent sa charge. Le flux d'électrons thermoioniques du filament vers l'électrode A sous l'influence d'un champ électrique formait un courant électrique dans le vide.

Si l’électromètre est chargé négativement, il ne se déchargera pas dans une telle expérience. Les électrons qui s'échappent du filament ne sont plus attirés par l'électrode A, mais en sont au contraire repoussés et retournent vers le filament.

Assemblons un circuit électrique (Fig. 86). Lorsque le fil K n'est pas chauffé, le circuit entre celui-ci et l'électrode A est ouvert - l'aiguille du galvanomètre est à zéro. Il n'y a pas de courant dans son circuit. En fermant la clé, on chauffe le filament. Un courant circulait dans le circuit du galvanomètre, tandis que des électrons thermoioniques fermaient le circuit entre le filament et l'électrode A, formant ainsi un courant électrique dans le vide. Le courant électrique dans le vide est un flux dirigé d’électrons sous l’influence d’un champ électrique. La vitesse du mouvement directionnel des électrons formant le courant dans le vide est des milliards de fois supérieure à la vitesse du mouvement directionnel des électrons formant le courant dans les métaux. Ainsi, la vitesse du flux d'électrons à l'anode des lampes des récepteurs radio atteint plusieurs milliers de kilomètres par seconde.