Perangkat terpenting dalam elektronik pada paruh pertama abad kedua puluh. Ada tabung vakum yang menggunakan arus listrik dalam ruang hampa. Namun, mereka digantikan oleh perangkat semikonduktor. Namun hingga saat ini, arus dalam ruang hampa digunakan dalam tabung sinar katoda, dalam peleburan dan pengelasan vakum, termasuk di luar angkasa, dan di banyak instalasi lainnya. Hal ini menentukan pentingnya mempelajari arus listrik dalam ruang hampa.
Kekosongan (dari lat.kekosongan– kekosongan) – keadaan gas pada tekanan kurang dari atmosfer. Konsep ini berlaku untuk gas di dalam bejana tertutup atau di dalam bejana tempat gas dipompa, dan seringkali juga untuk gas di ruang bebas, seperti ruang angkasa. Ciri fisik vakum adalah hubungan antara jalur bebas molekul dan ukuran wadah, antara elektroda perangkat, dll.
Gambar.1. Evakuasi udara dari kapal
Ketika berbicara tentang ruang hampa, entah kenapa mereka berpikir bahwa itu adalah ruang yang benar-benar kosong. Faktanya, tidak demikian. Jika udara dipompa keluar dari bejana (Gambar.1 ), maka jumlah molekul di dalamnya akan berkurang seiring berjalannya waktu, meskipun tidak mungkin untuk menghilangkan semua molekul dari wadah. Jadi kapan kita dapat menganggap bahwa ruang hampa telah tercipta di dalam bejana?
Molekul udara, yang bergerak secara kacau, sering kali bertabrakan satu sama lain dan dengan dinding bejana. Di antara tumbukan tersebut, molekul terbang pada jarak tertentu, yang disebut jalur bebas molekul. Jelas bahwa ketika udara dipompa keluar, konsentrasi molekul (jumlahnya per satuan volume) berkurang, dan jalur bebas rata-rata meningkat. Dan kemudian tiba saatnya ketika jalur bebas rata-rata menjadi sama dengan ukuran bejana: molekul bergerak dari dinding ke dinding bejana, praktis tanpa bertemu dengan molekul lain. Saat itulah mereka percaya bahwa ruang hampa telah tercipta di dalam bejana, meskipun mungkin masih banyak molekul di dalamnya. Jelas bahwa di bejana yang lebih kecil, ruang hampa tercipta pada tekanan gas yang lebih tinggi di dalamnya dibandingkan di bejana yang lebih besar.
Jika Anda terus memompa udara keluar dari bejana, dikatakan bahwa ruang hampa yang lebih dalam akan tercipta di dalamnya. Dalam ruang hampa yang dalam, sebuah molekul dapat terbang dari dinding ke dinding berkali-kali sebelum bertemu dengan molekul lain.
Hampir tidak mungkin untuk memompa keluar semua molekul dari bejana.
Dari mana datangnya operator biaya gratis dalam ruang hampa?
Jika ruang hampa tercipta di dalam bejana, maka masih banyak molekul di dalamnya, beberapa di antaranya mungkin terionisasi. Namun hanya ada sedikit partikel bermuatan di dalam bejana semacam itu yang dapat mendeteksi arus yang nyata.
Bagaimana kita dapat memperoleh pembawa muatan gratis dalam jumlah yang cukup dalam ruang hampa? Jika Anda memanaskan suatu konduktor dengan mengalirkan arus listrik melaluinya atau dengan cara lain (Gambar.2 ), maka sebagian elektron bebas dalam logam akan mempunyai energi yang cukup untuk meninggalkan logam (melakukan fungsi kerja). Fenomena emisi elektron dari benda pijar disebut emisi termionik.
Beras. 2. Emisi elektron oleh konduktor panas
Elektronika dan radio hampir seumuran. Benar, pada awalnya radio tidak memiliki rekannya, tetapi kemudian perangkat elektronik menjadi bahan dasar radio, atau, seperti yang mereka katakan, dasar dasarnya.
Awal mula elektronik dapat ditelusuri kembali ke tahun 1883, ketika Thomas Alpha Edison yang terkenal, mencoba memperpanjang umur lampu penerangan dengan filamen karbon, memasukkan elektroda logam ke dalam silinder lampu, dari mana udara telah dievakuasi.
Pengalaman inilah yang membawa Edison pada satu-satunya penemuan ilmiah mendasarnya, yang menjadi dasar semua tabung vakum dan semua elektronik sebelum periode transistor. Fenomena yang ia temukan kemudian dikenal sebagai emisi termionik.
Di permukaan, eksperimen Edison terlihat cukup sederhana. Dia menghubungkan baterai dan galvanometer ke terminal elektroda dan salah satu terminal filamen yang dipanaskan oleh arus listrik.
Jarum galvanometer dibelokkan setiap kali baterai plus dihubungkan ke elektroda, dan minus ke benang. Jika polaritasnya diubah, arus dalam rangkaian berhenti.
Edison mempublikasikan efek ini dan menerima paten atas penemuannya. Benar, dia, seperti yang mereka katakan, tidak membuahkan hasil dan tidak menjelaskan gambaran fisik dari fenomena tersebut. Pada saat ini, elektron belum ditemukan, dan konsep “emisi termionik”, secara alami, hanya dapat muncul setelah elektron ditemukan.
Itulah intinya. Dalam benang logam panas, kecepatan dan energi elektron meningkat sedemikian rupa sehingga elektron melepaskan diri dari permukaan benang dan mengalir bebas ke ruang di sekitarnya. Elektron yang lepas dari benang dapat diibaratkan seperti roket yang berhasil mengatasi gaya gravitasi. Jika baterai plus dihubungkan ke elektroda, maka medan listrik di dalam silinder antara filamen dan elektroda akan mengarahkan elektron ke sana. Artinya, arus listrik akan mengalir di dalam lampu.
Aliran elektron dalam ruang hampa merupakan salah satu jenis arus listrik. Arus listrik dalam ruang hampa dapat diperoleh jika katoda yang dipanaskan, yang merupakan sumber elektron “menguap”, dan anoda ditempatkan dalam bejana tempat udara dipompa keluar dengan hati-hati. Medan listrik tercipta antara katoda dan anoda, memberikan kecepatan pada elektron dalam arah tertentu.
Dalam tabung televisi, tabung radio, instalasi peleburan logam dengan berkas elektron, dan banyak instalasi lainnya, elektron bergerak dalam ruang hampa. Bagaimana aliran elektron diperoleh dalam ruang hampa? Bagaimana aliran ini dikelola?
Gambar.3
Kita tahu bahwa logam memiliki elektron konduksi. Kecepatan rata-rata pergerakan elektron-elektron ini bergantung pada suhu logam: semakin tinggi suhunya, semakin besar suhunya. Mari kita tempatkan dua elektroda logam dalam ruang hampa pada jarak tertentu satu sama lain (Gambar.3 ) dan menciptakan perbedaan potensial tertentu di antara keduanya. Tidak akan ada arus pada rangkaian, yang menunjukkan tidak adanya pembawa muatan listrik bebas di ruang antar elektroda. Akibatnya, terdapat elektron bebas dalam logam, tetapi elektron tersebut tetap berada di dalam logam dan pada suhu biasa
tidak bisa keluar dari situ. Agar elektron dapat lepas dari logam (mirip dengan lepasnya molekul dari cairan selama penguapannya), elektron harus mengatasi gaya tarik-menarik listrik dari kelebihan muatan positif yang timbul dalam logam sebagai akibat lepasnya logam. elektron, serta gaya tolak menolak dari elektron yang lepas tadi dan membentuk “awan” elektron di dekat permukaan logam. Dengan kata lain, untuk dapat terbang keluar dari logam menuju ruang hampa, sebuah elektron harus melakukan sejumlah usaha tertentu.Aterhadap gaya-gaya ini, tentu saja, berbeda untuk logam yang berbeda. Pekerjaan ini disebutfungsi kerja elektron dari logam. Fungsi kerja dilakukan oleh elektron karena energi kinetiknya. Oleh karena itu, jelas bahwa elektron lambat tidak dapat lepas dari logam, dan hanya elektron yang memiliki energi kinetikE Ke melebihi fungsi kerja, yaituE Ke ≥ SEBUAH. Pelepasan elektron bebas dari suatu logam disebutemisi elektron .
Agar emisi elektron ada, energi kinetik pada elektron konduksi logam perlu diberikan dalam jumlah yang cukup untuk menjalankan fungsi kerja. Tergantung pada metode pemberian energi kinetik yang diperlukan ke elektron, terdapat berbagai jenis emisi elektron. Jika energi diberikan kepada elektron konduksi karena pemboman logam dari luar oleh beberapa partikel lain (elektron, ion),emisi elektron sekunder . Emisi elektron dapat terjadi akibat pengaruh penyinaran logam dengan cahaya. Dalam hal ini diamatiemisi foto , atauefek fotoelektrik . Elektron juga mungkin dikeluarkan dari logam di bawah pengaruh medan listrik yang kuat -emisi auto-elektronik . Terakhir, elektron dapat memperoleh energi kinetik dengan memanaskan benda. Dalam hal ini yang mereka bicarakanemisi termionik .
Mari kita perhatikan lebih detail fenomena emisi termionik dan penerapannya.
Pada suhu biasa, sejumlah kecil elektron dapat mempunyai energi kinetik yang sebanding dengan fungsi kerja elektron dari suatu logam. Dengan meningkatnya suhu, jumlah elektron tersebut meningkat dan ketika logam dipanaskan hingga suhu sekitar 1000 - 1500 derajat, sejumlah besar elektron sudah memiliki energi yang melebihi fungsi kerja logam. Elektron inilah yang dapat terbang keluar dari logam, tetapi tidak menjauh dari permukaannya, karena logam menjadi bermuatan positif dan menarik elektron. Oleh karena itu, “awan” elektron tercipta di dekat logam yang dipanaskan. Beberapa elektron dari “awan” ini kembali ke logam, dan pada saat yang sama elektron baru terbang keluar dari logam. Dalam hal ini, terjadi kesetimbangan dinamis antara “gas” elektron dan “awan” elektron, ketika jumlah elektron yang keluar dari logam dalam waktu tertentu dibandingkan dengan jumlah elektron yang kembali dari “awan” ke logam. logam dalam waktu yang bersamaan.
Pada pembelajaran kali ini kita terus mempelajari aliran arus pada berbagai media, khususnya pada ruang hampa. Kami akan mempertimbangkan mekanisme pembentukan muatan bebas, mempertimbangkan perangkat teknis utama yang beroperasi berdasarkan prinsip arus dalam ruang hampa: dioda dan tabung sinar katoda. Kami juga akan menunjukkan sifat dasar berkas elektron.
Hasil percobaannya dijelaskan sebagai berikut: akibat pemanasan, logam mulai mengeluarkan elektron dari struktur atomnya, mirip dengan emisi molekul air selama penguapan. Logam yang dipanaskan dikelilingi oleh awan elektron. Fenomena ini disebut emisi termionik.
Beras. 2. Skema percobaan Edison
Properti berkas elektron
Dalam teknologi, penggunaan berkas elektron sangatlah penting.
Definisi. Berkas elektron adalah aliran elektron yang panjangnya jauh lebih besar daripada lebarnya. Cara mendapatkannya cukup mudah. Cukup dengan mengambil tabung vakum tempat arus mengalir dan membuat lubang di anoda, tempat elektron yang dipercepat mengalir (yang disebut senjata elektron) (Gbr. 3).
Beras. 3. Pistol elektron
Berkas elektron memiliki sejumlah sifat utama:
Karena energi kinetiknya yang tinggi, mereka menimbulkan efek termal pada material yang ditumbuknya. Properti ini digunakan dalam pengelasan elektronik. Pengelasan elektronik diperlukan jika menjaga kemurnian bahan itu penting, misalnya saat mengelas semikonduktor.
- Ketika bertabrakan dengan logam, berkas elektron melambat dan memancarkan sinar-X yang digunakan dalam kedokteran dan teknologi (Gbr. 4).
Beras. 4. Foto diambil dengan menggunakan sinar-X ()
- Ketika berkas elektron mengenai zat tertentu yang disebut fosfor, terjadi pendaran, yang memungkinkan terciptanya layar yang membantu memantau pergerakan berkas, yang tentu saja tidak terlihat dengan mata telanjang.
- Kemampuan mengendalikan pergerakan sinar menggunakan medan listrik dan magnet.
Perlu dicatat bahwa suhu di mana emisi termionik dapat dicapai tidak boleh melebihi suhu di mana struktur logam hancur.
Pada awalnya, Edison menggunakan desain berikut untuk menghasilkan arus dalam ruang hampa. Sebuah konduktor yang terhubung ke suatu sirkuit ditempatkan di satu sisi tabung vakum, dan elektroda bermuatan positif ditempatkan di sisi lain (lihat Gambar 5):
Beras. 5
Akibat aliran arus melalui konduktor, konduktor mulai memanas, melepaskan elektron yang tertarik ke elektroda positif. Pada akhirnya terjadi pergerakan elektron yang terarah, yang sebenarnya merupakan arus listrik. Namun, jumlah elektron yang dipancarkan terlalu kecil, sehingga arus yang dihasilkan terlalu sedikit untuk digunakan. Masalah ini dapat diatasi dengan menambahkan elektroda lain. Elektroda potensial negatif disebut elektroda filamen tidak langsung. Ketika digunakan, jumlah elektron yang bergerak meningkat secara signifikan (Gbr. 6).
Beras. 6. Menggunakan elektroda filamen tidak langsung
Perlu dicatat bahwa konduktivitas arus dalam ruang hampa sama dengan konduktivitas logam - elektronik. Meskipun mekanisme kemunculan elektron bebas ini sangat berbeda.
Berdasarkan fenomena emisi termionik, perangkat yang disebut dioda vakum telah dibuat (Gbr. 7).
Beras. 7. Penunjukan dioda vakum pada diagram kelistrikan
dioda vakum
Mari kita lihat lebih dekat dioda vakum. Ada dua jenis dioda: dioda dengan filamen dan anoda dan dioda dengan filamen, anoda dan katoda. Yang pertama disebut dioda filamen langsung, yang kedua disebut dioda filamen tidak langsung. Dalam teknologi, baik tipe pertama dan kedua digunakan, namun dioda filamen langsung memiliki kelemahan yaitu ketika dipanaskan, resistansi filamen berubah, yang mengakibatkan perubahan arus yang melalui dioda. Dan karena beberapa operasi menggunakan dioda memerlukan arus yang benar-benar konstan, lebih disarankan untuk menggunakan dioda jenis kedua.
Dalam kedua kasus tersebut, suhu filamen untuk emisi efektif harus sama 
.
Dioda digunakan untuk menyearahkan arus bolak-balik. Jika dioda digunakan untuk mengubah arus industri, maka disebut kenotron.
Elektroda yang terletak di dekat unsur pemancar elektron disebut katoda (), yang lain disebut anoda (). Ketika terhubung dengan benar, arus meningkat seiring dengan meningkatnya tegangan. Jika dihubungkan secara terbalik, tidak ada arus yang mengalir sama sekali (Gbr. 8). Dengan cara ini, dioda vakum lebih baik dibandingkan dengan dioda semikonduktor, yang ketika dihidupkan kembali, arusnya, meskipun minimal, tetap ada. Karena sifat ini, dioda vakum digunakan untuk menyearahkan arus bolak-balik.
Beras. 8. Karakteristik arus-tegangan dioda vakum
Perangkat lain yang dibuat berdasarkan proses aliran arus dalam ruang hampa adalah triode listrik (Gbr. 9). Desainnya berbeda dari desain dioda dengan adanya elektroda ketiga, yang disebut grid. Perangkat seperti tabung sinar katoda, yang merupakan bagian terbesar dari perangkat seperti osiloskop dan televisi tabung, juga didasarkan pada prinsip arus dalam ruang hampa.
Beras. 9. Rangkaian triode vakum
Tabung sinar katoda
Seperti disebutkan di atas, berdasarkan sifat perambatan arus dalam ruang hampa, perangkat penting seperti tabung sinar katoda dirancang. Ini mendasarkan pekerjaannya pada sifat-sifat berkas elektron. Mari kita lihat struktur perangkat ini. Tabung sinar katoda terdiri dari labu vakum dengan ekspansi, pistol elektron, dua katoda dan dua pasang elektroda yang saling tegak lurus (Gbr. 10).
Beras. 10. Struktur tabung sinar katoda
Prinsip operasinya adalah sebagai berikut: elektron yang dipancarkan dari pistol akibat emisi termionik dipercepat karena potensi positif di anoda. Kemudian, dengan memberikan tegangan yang diinginkan pada pasangan elektroda kontrol, kita dapat membelokkan berkas elektron sesuai keinginan, secara horizontal dan vertikal. Setelah itu sinar terarah jatuh pada layar fosfor, yang memungkinkan kita melihat gambar lintasan sinar di atasnya.
Tabung sinar katoda digunakan dalam instrumen yang disebut osiloskop (Gbr. 11), yang dirancang untuk mempelajari sinyal listrik, dan di televisi CRT, dengan satu-satunya pengecualian bahwa berkas elektron di sana dikendalikan oleh medan magnet.
Beras. 11. Osiloskop ()
Pada pelajaran berikutnya kita akan melihat aliran arus listrik dalam zat cair.
Bibliografi
- Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fisika (tingkat dasar) - M.: Mnemosyne, 2012.
- Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fisika kelas 10. - M.: Ilexa, 2005.
- Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. Fisika. Elektrodinamika. - M.: 2010.
- Fisika.kgsu.ru ().
- Katedral.narod.ru ().
Pekerjaan rumah
- Apa itu emisi elektronik?
- Apa cara untuk mengendalikan berkas elektron?
- Bagaimana konduktivitas semikonduktor bergantung pada suhu?
- Untuk apa elektroda filamen tidak langsung digunakan?
- *Apa sifat utama dioda vakum? Apa penyebabnya?
Arus listrik dapat mengalir dalam ruang hampa asalkan ditempatkan pembawa muatan bebas di dalamnya. Bagaimanapun, ruang hampa adalah tidak adanya zat apa pun. Ini berarti tidak ada pembawa biaya yang menyediakan arus. Konsep vakum dapat didefinisikan ketika jalur bebas suatu molekul lebih besar dari ukuran bejana.
Untuk mengetahui bagaimana cara memastikan aliran arus dalam ruang hampa, kita akan melakukan percobaan. Untuk ini kita memerlukan elektrometer dan tabung vakum. Artinya, labu kaca dengan ruang hampa berisi dua elektroda. Salah satunya dibuat dalam bentuk pelat logam, sebut saja anoda. Dan yang kedua berupa spiral kawat yang terbuat dari bahan tahan api disebut katoda.
Mari kita sambungkan elektroda lampu ke elektrometer sehingga katoda terhubung ke badan elektrometer, dan anoda terhubung ke batang. Mari kita berikan muatan ke elektrometer. Dengan menempatkan muatan positif pada batangnya. Kita akan melihat bahwa muatan akan tetap berada pada elektrometer meskipun ada lampu. Hal ini tidak mengherankan karena tidak ada pembawa muatan di antara elektroda-elektroda pada lampu, sehingga tidak ada arus yang dapat timbul sehingga elektrometer dapat melepaskan muatannya.
Gambar 1 - tabung vakum yang dihubungkan ke elektrometer bermuatan
Sekarang mari kita sambungkan sumber arus ke katoda dalam bentuk spiral kawat. Dalam hal ini, katoda akan memanas. Dan kita akan melihat bahwa muatan elektrometer akan mulai berkurang hingga hilang sama sekali. Bagaimana hal ini bisa terjadi karena tidak ada pembawa muatan di celah antara elektroda lampu untuk memberikan arus konduksi.
Jelas sekali bahwa pembawa muatan entah bagaimana muncul. Hal ini terjadi karena ketika katoda dipanaskan, elektron dari permukaan katoda dipancarkan ke ruang antar elektroda. Seperti yang Anda ketahui, logam memiliki elektron konduksi bebas. Yang mampu memindahkan volume logam di antara simpul kisi. Namun mereka tidak memiliki cukup energi untuk meninggalkan logam tersebut. Karena mereka ditahan oleh gaya tarik-menarik Coulomb antara ion positif kisi dan elektron.
Elektron mengalami gerakan termal yang kacau saat bergerak sepanjang konduktor. Mendekati batas logam, di mana tidak ada ion positif, mereka melambat dan akhirnya kembali ke dalam di bawah pengaruh gaya Coulomb, yang cenderung mendekatkan dua muatan yang berbeda. Namun jika logam dipanaskan, pergerakan termal meningkat, dan elektron memperoleh energi yang cukup untuk meninggalkan permukaan logam.
Dalam hal ini, awan elektron disebut terbentuk di sekitar katoda. Ini adalah elektron yang keluar dari permukaan konduktor, dan jika tidak ada medan listrik eksternal, elektron tersebut akan kembali ke dalamnya. Karena dengan kehilangan elektron, konduktor menjadi bermuatan positif. Hal ini terjadi jika kita memanaskan katoda terlebih dahulu, dan elektrometer akan habis. Tidak akan ada lapangan di dalamnya.
Namun karena terdapat muatan pada elektrometer maka timbullah medan yang menyebabkan elektron bergerak. Ingat, di anoda kita mempunyai muatan positif, dan elektron cenderung mengalir di bawah pengaruh medan. Jadi, arus listrik diamati dalam ruang hampa.
Jika kita katakan kita menghubungkan elektrometer secara terbalik, apa yang akan terjadi? Ternyata akan ada potensi negatif di anoda lampu, dan potensi positif di katoda. Semua elektron yang dipancarkan dari permukaan katoda akan segera kembali lagi di bawah pengaruh medan. Karena katoda sekarang mempunyai potensial positif yang lebih besar, maka katoda akan menarik elektron. Dan di anoda akan terjadi kelebihan elektron yang menolak elektron dari permukaan katoda.
Gambar 2 - arus versus tegangan untuk tabung vakum
Lampu ini disebut dioda vakum. Ia mampu melewatkan arus hanya dalam satu arah. Karakteristik arus-tegangan lampu tersebut terdiri dari dua bagian. Pada bagian pertama, hukum Ohm terpenuhi. Artinya, ketika tegangan meningkat, semakin banyak elektron yang dipancarkan dari katoda mencapai anoda dan dengan demikian arus meningkat. Pada bagian kedua, semua elektron yang dipancarkan dari katoda mencapai anoda dan dengan peningkatan tegangan lebih lanjut, arus tidak meningkat. Jumlah elektronnya tidak tepat. Area ini disebut saturasi.
Vakum adalah keadaan gas yang dijernihkan di mana terdapat jalur bebas rata-rata molekulλ lebih besar dari ukuran bejana d tempat gas berada.
Dari pengertian ruang hampa dapat disimpulkan bahwa praktis tidak ada interaksi antar molekul, oleh karena itu ionisasi molekul tidak dapat terjadi, oleh karena itu pembawa muatan bebas tidak dapat diperoleh dalam ruang hampa, oleh karena itu arus listrik tidak mungkin terjadi di dalamnya;
Untuk menciptakan arus listrik dalam ruang hampa, Anda perlu menempatkan sumber partikel bermuatan bebas ke dalamnya. Elektroda logam yang dihubungkan ke sumber arus ditempatkan dalam ruang hampa. Salah satunya dipanaskan (disebut katoda), akibatnya terjadi proses ionisasi, yaitu. Elektron dilepaskan dari zat dan ion positif dan negatif terbentuk. Tindakan sumber partikel bermuatan tersebut dapat didasarkan pada fenomena emisi termionik.
Emisi termionik adalah proses emisi elektron dari katoda yang dipanaskan. Fenomena emisi termionik menyebabkan elektroda logam yang dipanaskan terus menerus memancarkan elektron. Elektron membentuk awan elektron di sekitar elektroda. Elektroda menjadi bermuatan positif, dan di bawah pengaruh medan listrik dari awan bermuatan, sebagian elektron dari awan dikembalikan ke elektroda. Dalam keadaan setimbang, jumlah elektron yang meninggalkan elektroda per detik sama dengan jumlah elektron yang kembali ke elektroda selama waktu tersebut. Semakin tinggi suhu logam, semakin tinggi pula kerapatan awan elektron. Usaha yang harus dilakukan elektron untuk meninggalkan logam disebut fungsi kerja A keluar.
[A keluar] = 1 eV
1 eV adalah energi yang diperoleh elektron ketika bergerak dalam medan listrik antara titik-titik yang beda potensial 1 V.
1 eV = 1,6*10 -19 J
Perbedaan antara suhu elektroda panas dan dingin yang disegel ke dalam bejana tempat udara dievakuasi menyebabkan konduksi arus listrik satu arah di antara keduanya.
Ketika elektroda dihubungkan ke sumber arus, timbul medan listrik di antara keduanya. Jika kutub positif sumber arus dihubungkan ke elektroda dingin (anoda), dan kutub negatif ke elektroda panas (katoda), maka vektor kuat medan listrik diarahkan ke elektroda yang dipanaskan. Di bawah pengaruh medan ini, sebagian elektron meninggalkan awan elektron dan bergerak menuju elektroda dingin. Rangkaian listrik ditutup dan arus listrik terbentuk di dalamnya. Ketika sumber dinyalakan dengan polaritas yang berlawanan, kuat medan diarahkan dari elektroda yang dipanaskan ke elektroda yang dingin. Medan listrik mendorong elektron awan kembali ke elektroda yang dipanaskan. Sirkuit tampaknya terbuka.
Alat yang mempunyai daya hantar arus listrik satu arah disebut dioda vakum. Ini terdiri dari tabung elektronik (bejana), dari mana udara telah dipompa keluar dan di dalamnya terdapat elektroda yang dihubungkan ke sumber arus. Karakteristik arus-tegangan dari dioda vakum. Tanda tangani bagian karakteristik tegangan arus dari mode throughput dioda dan tutup?? Pada tegangan anoda rendah, tidak semua elektron yang dipancarkan katoda mencapai anoda, dan arus listriknya kecil. Pada tegangan tinggi, arus mencapai saturasi, yaitu. nilai maksimum. Dioda vakum digunakan untuk menyearahkan arus listrik bolak-balik. Saat ini, dioda vakum praktis tidak digunakan.
Jika sebuah lubang dibuat pada anoda tabung elektron, maka sebagian elektron yang dipercepat oleh medan listrik akan terbang ke dalam lubang tersebut, membentuk berkas elektron di belakang anoda. Berkas elektron adalah aliran elektron yang terbang cepat dalam tabung vakum dan perangkat pelepasan gas.
Sifat berkas elektron:
- menyimpang dalam medan listrik;
- membelokkan medan magnet di bawah pengaruh gaya Lorentz;
- ketika sinar yang mengenai suatu zat diperlambat, radiasi sinar-X muncul;
- menyebabkan pendaran (luminescence) pada beberapa benda padat dan cair;
- Panaskan zat dengan cara dikontakkan.
Tabung sinar katoda (CRT).
CRT menggunakan fenomena emisi termionik dan sifat berkas elektron.
Dalam senjata elektron, elektron yang dipancarkan oleh katoda yang dipanaskan melewati elektroda jaringan kontrol dan dipercepat oleh anoda. Pistol elektron memfokuskan berkas elektron ke suatu titik dan mengubah kecerahan cahaya di layar. Membelokkan pelat horizontal dan vertikal memungkinkan Anda memindahkan berkas elektron di layar ke titik mana pun di layar. Layar tabung dilapisi dengan fosfor yang mulai bersinar ketika dibombardir dengan elektron.
Ada dua jenis tabung:
1) dengan kontrol elektrostatis berkas elektron (defleksi berkas elektron hanya oleh medan listrik);
2) dengan kontrol elektromagnetik (kumparan defleksi magnetik ditambahkan).
Tabung sinar katoda menghasilkan berkas elektron sempit yang dikendalikan oleh medan listrik dan magnet. Sinar ini digunakan dalam: tabung gambar TV, display komputer, osiloskop elektronik pada peralatan pengukuran.
Arus listrik adalah pergerakan muatan listrik yang teratur. Hal ini dapat diperoleh, misalnya, dalam konduktor yang menghubungkan benda bermuatan dan tidak bermuatan. Namun, arus ini akan berhenti segera setelah beda potensial antara benda-benda tersebut menjadi nol. Arus yang teratur juga akan ada pada konduktor yang menghubungkan pelat-pelat kapasitor bermuatan. Dalam hal ini arus disertai dengan netralisasi muatan-muatan yang terletak pada pelat-pelat kapasitor dan berlanjut hingga beda potensial pelat-pelat kapasitor menjadi nol.
Contoh-contoh ini menunjukkan bahwa arus listrik dalam suatu penghantar hanya terjadi jika terdapat perbedaan potensial pada ujung-ujung penghantar tersebut, yaitu bila terdapat medan listrik di dalamnya.
Namun dalam contoh yang dibahas, arus tidak dapat bertahan lama, karena dalam proses perpindahan muatan, potensial benda dengan cepat menjadi seimbang dan medan listrik pada penghantar menghilang.
Oleh karena itu, untuk memperoleh arus, perlu dipertahankan perbedaan potensial pada ujung-ujung penghantar. Untuk melakukan ini, Anda dapat mentransfer muatan dari satu benda ke benda lain melalui konduktor lain, membentuk sirkuit tertutup untuk ini. Namun, di bawah pengaruh gaya medan listrik yang sama, perpindahan muatan seperti itu tidak mungkin terjadi, karena potensi benda kedua lebih kecil daripada potensi benda pertama. Oleh karena itu, perpindahan hanya mungkin terjadi melalui kekuatan yang berasal dari non-listrik. Kehadiran gaya-gaya tersebut disediakan oleh sumber arus yang termasuk dalam rangkaian.
Gaya-gaya yang bekerja pada sumber arus memindahkan muatan dari benda yang potensialnya lebih rendah ke benda yang potensialnya lebih tinggi dan melakukan usaha pada waktu yang bersamaan. Oleh karena itu, ia harus mempunyai energi.
Sumber arus adalah sel galvanik, baterai, generator, dll.
Jadi syarat utama terjadinya arus listrik adalah: adanya sumber arus dan rangkaian tertutup.
Aliran arus dalam suatu rangkaian disertai dengan sejumlah fenomena yang mudah diamati. Misalnya, dalam beberapa cairan, ketika arus melewatinya, pelepasan suatu zat diamati pada elektroda yang diturunkan ke dalam cairan. Arus dalam gas sering kali disertai dengan pancaran gas, dll. Arus listrik dalam gas dan ruang hampa dipelajari oleh fisikawan dan matematikawan Prancis terkemuka Andre Marie Ampere, berkat siapa kita sekarang mengetahui sifat dari fenomena tersebut.
Seperti yang Anda ketahui, ruang hampa adalah isolator terbaik, yaitu ruang tempat udara dipompa keluar.
Tetapi dimungkinkan untuk memperoleh arus listrik dalam ruang hampa, sehingga perlu memasukkan pembawa muatan ke dalamnya.
Mari kita ambil bejana yang udaranya telah dipompa keluar. Dua pelat logam disolder ke dalam bejana ini - dua elektroda. Kami menghubungkan salah satunya A (anoda) ke sumber arus positif, yang lain K (katoda) ke sumber negatif. Tegangan antara cukup untuk mengalirkan 80 - 100 V.
Mari kita sambungkan miliammeter sensitif ke sirkuit. Perangkat tidak menunjukkan arus apa pun; hal ini menandakan bahwa arus listrik tidak ada pada ruang hampa.
Mari kita ubah pengalamannya. Sebagai katoda, kami menyolder kawat ke dalam bejana - seutas benang, dengan ujungnya dibawa keluar. Filamen ini akan tetap menjadi katoda. Menggunakan sumber arus lain, kami memanaskannya. Kita akan melihat bahwa segera setelah filamen dipanaskan, perangkat yang terhubung ke rangkaian menunjukkan arus listrik dalam ruang hampa, dan semakin besar maka semakin banyak filamen yang dipanaskan. Ini berarti bahwa ketika dipanaskan, benang memastikan adanya partikel bermuatan dalam ruang hampa; itu adalah sumbernya.
Bagaimana partikel-partikel ini bermuatan? Pengalaman dapat memberikan jawaban atas pertanyaan ini. Mari kita ubah kutub elektroda yang disolder ke dalam bejana - kita akan menjadikan benang sebagai anoda, dan kutub yang berlawanan - katoda. Dan meskipun filamen memanas dan mengirimkan partikel bermuatan ke ruang hampa, tidak ada arus.
Oleh karena itu, partikel-partikel ini bermuatan negatif karena mereka ditolak dari elektroda A ketika bermuatan negatif.
Apa sajakah partikel-partikel ini?
Menurut teori elektronik, elektron bebas dalam logam berada dalam gerakan kacau. Ketika filamen dipanaskan, gerakan ini semakin intensif. Pada saat yang sama, beberapa elektron, yang memperoleh energi yang cukup untuk keluar, terbang keluar dari benang, membentuk “awan elektron” di sekitarnya. Ketika medan listrik terbentuk antara filamen dan anoda, elektron terbang ke elektroda A jika dihubungkan ke kutub positif baterai, dan ditolak kembali ke filamen jika dihubungkan ke kutub negatif, yaitu mempunyai muatan yang sama dengan elektron.
Jadi, arus listrik dalam ruang hampa merupakan aliran elektron yang terarah.