Corrente, corrente elétrica no vácuo. Tópico de emissão eletrônica. Corrente elétrica no vácuo

Qualquer corrente aparece apenas na presença de uma fonte com partículas carregadas livres. Isso se deve ao fato de que no vácuo não existem substâncias, inclusive cargas elétricas. Portanto, o vácuo é considerado o melhor. Para que a corrente elétrica passe por ele, é necessário garantir a presença de um número suficiente de cargas gratuitas. Neste artigo, veremos o que é a corrente elétrica no vácuo.

Como a corrente elétrica pode aparecer no vácuo?

Para criar uma corrente elétrica completa no vácuo, é necessário usar um fenômeno físico como a emissão termiônica. Baseia-se na propriedade de uma substância específica de emitir elétrons livres quando aquecida. Esses elétrons que saem de um corpo aquecido são chamados de elétrons termiônicos, e todo o corpo é chamado de emissor.

A emissão termiônica está subjacente ao funcionamento de dispositivos de vácuo, mais conhecidos como tubos de vácuo. O design mais simples contém dois eletrodos. Um deles é o cátodo, que é uma espiral cujo material é molibdênio ou tungstênio. É ele quem é aquecido pela corrente elétrica. O segundo eletrodo é chamado de ânodo. Está em estado frio, realizando a tarefa de coletar elétrons termiônicos. Via de regra, o ânodo é feito em forma de cilindro e dentro dele é colocado um cátodo aquecido.

Aplicação de corrente no vácuo

No século passado, os tubos de vácuo desempenharam um papel de liderança na eletrônica. E, embora tenham sido substituídos por dispositivos semicondutores há muito tempo, o princípio de funcionamento desses dispositivos é usado em tubos de raios catódicos. Este princípio é usado em trabalhos de soldagem e fusão em vácuo e outras áreas.

Assim, uma das variedades de corrente é um fluxo de elétrons fluindo no vácuo. Quando o cátodo é aquecido, surge um campo elétrico entre ele e o ânodo. É isso que dá aos elétrons uma certa direção e velocidade. Um tubo de elétrons com dois eletrodos (diodo), amplamente utilizado em engenharia de rádio e eletrônica, opera com base neste princípio.

O dispositivo moderno é um cilindro de vidro ou metal, do qual o ar foi previamente bombeado. Dois eletrodos, um cátodo e um ânodo, são soldados dentro deste cilindro. Para melhorar as características técnicas, são instaladas grades adicionais, com as quais o fluxo de elétrons é aumentado.

A corrente elétrica pode ser gerada não apenas em metais, mas também no vácuo, por exemplo, em tubos de rádio, em tubos de raios catódicos. Vamos descobrir a natureza da corrente no vácuo.

Os metais contêm um grande número de elétrons livres que se movem aleatoriamente. Quando um elétron se aproxima da superfície de um metal, as forças de atração que atuam sobre ele do lado dos íons positivos e direcionadas para dentro impedem que o elétron saia do metal. O trabalho que deve ser realizado para remover um elétron de um metal no vácuo é chamado função no trabalho.É diferente para metais diferentes. Então, para o tungstênio é igual a 7,2*10 -19 j. Se a energia de um elétron for menor que a função trabalho, ele não poderá deixar o metal. Existem muitos elétrons, mesmo à temperatura ambiente, cuja energia não é muito maior que a função trabalho. Tendo saído do metal, eles se afastam dele por uma curta distância e, sob a influência das forças de atração dos íons, retornam ao metal, resultando em uma fina camada de elétrons de saída e retorno, que estão em equilíbrio dinâmico , é formado perto da superfície. Devido à perda de elétrons, a superfície do metal fica carregada positivamente.

Para que um elétron saia do metal, ele deve realizar trabalho contra as forças repulsivas do campo elétrico da camada de elétrons e contra as forças do campo elétrico da superfície do metal carregada positivamente (Fig. 85. a). À temperatura ambiente quase não há elétrons que possam escapar além da camada dupla carregada.

Para que os elétrons escapem além da camada dupla, eles devem ter uma energia muito maior que a função trabalho. Para fazer isso, a energia é transmitida aos elétrons de fora, por exemplo, por aquecimento. A emissão de elétrons por um corpo aquecido é chamada de emissão termiônica.É uma das provas da presença de elétrons livres no metal.

O fenômeno da emissão termiônica pode ser observado em tal experimento. Tendo carregado o eletrômetro positivamente (a partir de uma haste de vidro eletrificada), conectamos-o com um condutor ao eletrodo A da lâmpada de vácuo de demonstração (Fig. 85, b). O eletrômetro não descarrega. Fechado o circuito, aquecemos o fio K. Vemos que a agulha do eletrômetro cai - o eletrômetro está descarregado. Os elétrons emitidos pelo filamento quente são atraídos para o eletrodo A carregado positivamente e neutralizam sua carga. O fluxo de elétrons termiônicos do filamento para o eletrodo A sob a influência de um campo elétrico formou uma corrente elétrica no vácuo.

Se o eletrômetro estiver carregado negativamente, ele não descarregará em tal experimento. Os elétrons que escapam do filamento não são mais atraídos pelo eletrodo A, mas, ao contrário, são repelidos dele e retornam ao filamento.

Vamos montar um circuito elétrico (Fig. 86). Quando o fio K não é aquecido, o circuito entre ele e o eletrodo A está aberto - a agulha do galvanômetro está em zero. Não há corrente em seu circuito. Fechando a chave aquecemos o filamento. Uma corrente fluiu através do circuito do galvanômetro, à medida que os elétrons termiônicos fechavam o circuito entre o filamento e o eletrodo A, formando assim uma corrente elétrica no vácuo. A corrente elétrica no vácuo é um fluxo direcionado de elétrons sob a influência de um campo elétrico. A velocidade do movimento direcional dos elétrons formando corrente no vácuo é bilhões de vezes maior que a velocidade do movimento direcional dos elétrons formando corrente nos metais. Assim, a velocidade do fluxo de elétrons no ânodo das lâmpadas receptoras de rádio atinge vários milhares de quilômetros por segundo.