Kontrollspørsmål .. 18

9. Laboratoriearbeid nr. 2. Studie av termionisk emisjon ved lave emisjonsstrømtettheter . 18

Arbeidsordre .. 19

Rapporteringskrav . 19

Kontrollspørsmål .. 19

Introduksjon

Emisjonselektronikk studerer fenomener knyttet til emisjon (utslipp) av elektroner fra et kondensert medium. Elektronutslipp oppstår i tilfeller der deler av elektronene i en kropp får, som et resultat av ytre påvirkning, energi som er tilstrekkelig til å overvinne potensialbarrieren ved grensen, eller hvis et eksternt elektrisk felt gjør det "gjennomsiktig" for deler av elektronene. Avhengig av arten av den ytre påvirkningen, er det:

termionisk utslipp (oppvarming av kropper);
sekundær elektronemisjon (bombardement av overflaten med elektroner);
ione-elektronutslipp (bombardement av overflaten med ioner);
fotoelektronutslipp (elektromagnetisk stråling);
eksoelektronisk utslipp (mekanisk, termisk og andre typer overflatebehandling);
feltemisjon (eksternt elektrisk felt) etc.

I alle fenomener der det er nødvendig å ta hensyn til enten utgangen av et elektron fra en krystall til det omkringliggende rommet, eller overgangen fra en krystall til en annen, får karakteristikken som kalles "Arbeidsfunksjon" avgjørende betydning. Arbeidsfunksjonen er definert som minimumsenergien som kreves for å fjerne et elektron fra et fast stoff og plassere det på et punkt der dets potensielle energi antas å være null. I tillegg til å beskrive ulike emisjonsfenomener, spiller begrepet arbeidsfunksjon en viktig rolle i å forklare forekomsten av en kontaktpotensialforskjell i kontakten mellom to metaller, et metall med en halvleder, to halvledere, samt galvaniske fenomener.

Retningslinjene består av to deler. Den første delen inneholder grunnleggende teoretisk informasjon om utslippsfenomener i faste stoffer. Hovedoppmerksomheten rettes mot fenomenet termionisk utslipp. Den andre delen gir en beskrivelse av laboratoriearbeid viet den eksperimentelle studien av termionisk emisjon, studiet av kontaktpotensialforskjell og fordelingen av arbeidsfunksjonen over overflaten av prøven.

Del 1. Grunnleggende teoretisk informasjon

1. Elektronarbeidsfunksjon. Påvirkning på arbeidsfunksjonen til overflatetilstanden

Det faktum at elektroner holdes inne i et fast stoff indikerer at det oppstår et retarderende felt i kroppens overflatelag, som hindrer elektroner i å forlate det inn i det omkringliggende vakuumet. En skjematisk representasjon av en potensiell barriere ved grensen til et fast stoff er vist i fig. 1. For å forlate krystallen må et elektron utføre arbeid lik arbeidsfunksjonen. Skille termodynamisk Og utvendig arbeidsfunksjon.

Den termodynamiske arbeidsfunksjonen er forskjellen mellom nullnivåenergien til vakuum og Fermi-energien til et fast stoff.

Ekstern arbeidsfunksjon (eller elektronaffinitet) er forskjellen mellom energien til nullvakuumnivået og energien til bunnen av ledningsbåndet (fig. 1).

Ris. 1. Form for krystallpotensial U langs linjen for plassering av ioner i krystallen og i området nær overflaten av krystallen: ionenes posisjoner er markert med prikker på den horisontale linjen; φ=- U /е – arbeidsfunksjonspotensial; E F – Fermi energi (negativ); E C– energi i bunnen av ledningsbåndet; W O – termodynamisk arbeidsfunksjon; W a – ekstern arbeidsfunksjon; det skraverte området representerer konvensjonelt fylte elektroniske tilstander

Det er to hovedårsaker til fremveksten av en potensiell barriere på grensen til et fast stoff og vakuum. En av dem skyldes det faktum at et elektron som sendes ut fra en krystall induserer en positiv elektrisk ladning på overflaten. En tiltrekningskraft oppstår mellom elektronet og overflaten av krystallet (elektrisk bildekraft, se seksjon 5, fig. 12), og har en tendens til å returnere elektronet tilbake til krystallen. En annen grunn er på grunn av det faktum at elektroner, på grunn av termisk bevegelse, kan krysse overflaten av metallet og bevege seg bort fra det til korte avstander (i størrelsesorden atom). De danner et negativt ladet lag over overflaten. I dette tilfellet, etter at elektronene slipper ut, dannes et positivt ladet lag av ioner på overflaten av krystallen. Som et resultat dannes et elektrisk dobbeltlag. Det skaper ikke et felt i det ytre rom, men det krever også arbeid for å overvinne det elektriske feltet inne i selve dobbeltlaget.

Arbeidsfunksjonsverdien for de fleste metaller og halvledere er flere elektronvolt. For eksempel, for litium er arbeidsfunksjonen 2,38 eV, jern – 4,31 eV, germanium – 4,76 eV, silisium – 4,8 eV. I stor grad bestemmes arbeidsfunksjonsverdien av den krystallografiske orienteringen til enkeltkrystallflaten som elektronemisjon skjer fra. For (110)-planet av wolfram er arbeidsfunksjonen 5,3 eV; for (111) og (100)-planene er disse verdiene henholdsvis 4,4 eV og 4,6 eV.

Tynne lag avsatt på overflaten av krystallen har stor innflytelse på arbeidsfunksjonen. Atomer eller molekyler avsatt på overflaten av en krystall donerer ofte et elektron til den eller aksepterer et elektron fra den og blir ioner. I fig. Figur 2 viser energidiagrammet til et metall og et isolert atom for tilfellet når den termodynamiske arbeidsfunksjonen til et elektron fra metallet W 0 større enn ioniseringsenergi E ion av et atom avsatt på overflaten. I denne situasjonen er atomets elektron energetisk gunstig tunnel inn i metallet og gå ned i det til Fermi-nivået. Metalloverflaten dekket med slike atomer blir negativt ladet og danner et dobbelt elektrisk lag med positive ioner, hvis felt vil redusere metallets arbeidsfunksjon. I fig. 3 viser a en wolframkrystall belagt med et monolag av cesium. Her er situasjonen diskutert ovenfor realisert, siden energien E ion cesium (3,9 eV) er mindre enn arbeidsfunksjonen til wolfram (4,5 eV). I forsøk reduseres arbeidsfunksjonen mer enn tre ganger. Den motsatte situasjonen observeres hvis wolfram er dekket med oksygenatomer (fig. 3 b). Siden bindingen av valenselektroner i oksygen er sterkere enn i wolfram, når oksygen adsorberes på overflaten av wolfram, dannes det et elektrisk dobbeltlag, som øker metallets arbeidsfunksjon. Det vanligste tilfellet er når et atom avsatt på overflaten ikke fullstendig gir fra seg elektronet til metallet eller tar inn et ekstra elektron, men deformerer elektronskallet slik at atomene som er adsorbert på overflaten polariseres og blir elektriske dipoler (fig. 3c). Avhengig av orienteringen til dipolene avtar metallets arbeidsfunksjon (dipolenes orientering tilsvarer fig. 3c) eller øker.

2. Termionisk utslippsfenomen

Termionisk emisjon er en av typene elektronemisjon fra overflaten til et fast stoff. Ved termionisk emisjon er den ytre påvirkningen forbundet med oppvarming av faststoffet.

Fenomenet termionisk emisjon er utslipp av elektroner fra oppvarmede legemer (emittere) inn i et vakuum eller annet medium.

Under termodynamiske likevektsforhold, antall elektroner n(E), har energi i området fra E før E+d E, bestemmes av Fermi-Dirac-statistikken:

,(1)

Hvor g(E)– antall kvantetilstander som tilsvarer energi E; E F – Fermi energi; k– Boltzmann konstant; T– absolutt temperatur.

I fig. Figur 4 viser energidiagrammet til metallet og elektronenergifordelingskurvene ved T=0 K, ved lav temperatur T 1 og ved høye temperaturer T 2. Ved 0 K er energien til alle elektroner mindre enn Fermi-energien. Ingen av elektronene kan forlate krystallen og ingen termionisk emisjon observeres. Med økende temperatur øker antallet termisk eksiterte elektroner som er i stand til å forlate metallet, noe som forårsaker fenomenet termionisk utslipp. I fig. 4 dette illustreres ved at når T=T 2"halen" av distribusjonskurven går utover nullnivået til potensialbrønnen. Dette indikerer utseendet til elektroner med energi som overstiger høyden på potensialbarrieren.

For metaller er arbeidsfunksjonen flere elektronvolt. Energi k T selv ved temperaturer på tusenvis av Kelvin er en brøkdel av en elektronvolt. For rene metaller kan betydelig elektronemisjon oppnås ved en temperatur på ca. 2000 K. For eksempel, i ren wolfram, kan merkbar emisjon oppnås ved en temperatur på 2500 K.

For å studere termionisk emisjon er det nødvendig å skape et elektrisk felt på overflaten av et oppvarmet legeme (katode), som akselererer elektroner for å fjerne dem (suging) fra emitteroverflaten. Under påvirkning av et elektrisk felt begynner de utsendte elektronene å bevege seg og det dannes en elektrisk strøm, som kalles termionisk. For å observere termionisk strøm brukes vanligvis en vakuumdiode - et elektronrør med to elektroder. Katoden til lampen er en glødetråd laget av et ildfast metall (wolfram, molybden, etc.), oppvarmet av en elektrisk strøm. Anoden har vanligvis formen av en metallsylinder som omgir en oppvarmet katode. For å observere termionisk strøm, er dioden koblet til kretsen vist i fig. 5. Det er klart at styrken til den termioniske strømmen bør øke med økende potensialforskjell V mellom anoden og katoden. Denne økningen er imidlertid ikke proporsjonal V(Fig. 6). Ved å nå en viss spenning stopper økningen i termionisk strøm praktisk talt. Begrensningsverdien for den termioniske strømmen ved en gitt katodetemperatur kalles metningsstrømmen. Størrelsen på metningsstrømmen bestemmes av antall termioniske elektroner som er i stand til å forlate katodeoverflaten per tidsenhet. I dette tilfellet brukes alle elektronene som tilføres av termionisk emisjon fra katoden til å produsere en elektrisk strøm.

3. Avhengighet av termionstrøm på temperatur. Formel Richardson-Deshman

Ved beregning av den termioniske strømtettheten vi skal bruke elektrongassmodellen og bruke Fermi-Dirac-statistikk til det. Det er åpenbart at den termioniske strømtettheten bestemmes av tettheten til elektronskyen nær krystalloverflaten, som er beskrevet av formel (1). I denne formelen, la oss gå fra energifordelingen av elektroner til elektronmomentfordelingen. I dette tilfellet tar vi hensyn til de tillatte verdiene til elektronbølgevektoren k V k -plass er fordelt jevnt slik at for hver verdi k sto for bind 8 s 3 (for et krystallvolum lik én). Tatt i betraktning at elektronmomentet p =ћ k får vi at antall kvantetilstander i volumelementet til momentumrom dp xdp ydp z vil være lik

(2)

De to i telleren til formel (2) tar hensyn til to mulige verdier av elektronspinnet.

La oss rette aksen z rektangulært koordinatsystem normalt på katodeoverflaten (fig. 7). La oss velge et område med enhetsareal på overflaten av krystallen og bygge på det, som på en base, et rektangulært parallellepipedum med en sidekant v z =p z /m n(m n– effektiv elektronmasse). Elektroner bidrar til metningsstrømtettheten til komponenten v z aksehastighet z. Bidraget til strømtettheten fra ett elektron er lik

(3)

Hvor e– elektronladning.

Antall elektroner i parallellepipedet, hvis hastigheter er inneholdt i det betraktede intervallet:

For at krystallgitteret ikke skal ødelegges under emisjonen av elektroner, må en ubetydelig del av elektronene forlate krystallen. For dette, som formel (4) viser, må betingelsen være oppfylt HENNEF>> k T. For slike elektroner kan enhet i nevneren til formel (4) neglisjeres. Deretter transformeres denne formelen til formen

(5)

La oss nå finne antall elektroner dN i omfanget som vurderes, z-impulskomponenten som er inneholdt mellom R z Og R z +dp z. For å gjøre dette må det forrige uttrykket integreres over R x Og R y fra –∞ til +∞. Ved integrering bør det tas hensyn til det

og bruk tabellintegralen

Som et resultat får vi

.(6)

La oss nå, ta i betraktning (3), finne tettheten til den termioniske strømmen skapt av alle elektronene i parallellepipedet. For å gjøre dette må uttrykk (6) integreres for alle elektroner hvis kinetiske energi er på Fermi-nivå E ≥E F +W 0 Bare slike elektroner kan forlate krystallen og bare de spiller en rolle i beregningen av termostrømmen. Komponenten av bevegelsesmengden til slike elektroner langs aksen Z må tilfredsstille betingelsen

Derfor er metningsstrømtettheten

Integrasjon utføres for alle verdier. La oss introdusere en ny integrasjonsvariabel

Deretter p z dp z =m n du Og

.(8)

Som et resultat får vi

,(9)

,(10)

hvor er konstanten

Likhet (10) kalles formelen Richardson-Deshman. Ved å måle tettheten til den termioniske metningsstrømmen kan man bruke denne formelen til å beregne konstanten A og arbeidsfunksjonen W 0 . For eksperimentelle beregninger, formelen Richardson-Deshman det er praktisk å representere det i skjemaet

I dette tilfellet viser grafen avhengigheten ln(js/T 2) fra 1 /T uttrykt med en rett linje. Fra skjæringspunktet mellom den rette linjen og ordinataksen beregnes ln EN , og av helningsvinkelen til den rette linjen bestemmes arbeidsfunksjonen (fig. 8).

4. Kontaktpotensialforskjell

La oss se på prosessene som oppstår når to elektroniske ledere, for eksempel to metaller, med forskjellige arbeidsfunksjoner nærmer seg og kommer i kontakt. Energidiagrammene for disse metallene er vist i fig. 9. La EF 1 Og EF 2 er Fermi-energien for henholdsvis første og andre metall, og W 01 Og W 02– deres arbeidsfunksjoner. I en isolert tilstand har metaller samme vakuumnivå og derfor forskjellige Fermi-nivåer. La oss for en visshet anta det W 01< W 02, da vil Fermi-nivået til det første metallet være høyere enn det andre (fig. 9 a). Når disse metallene kommer i kontakt motsatt de okkuperte elektroniske tilstandene i metall 1, er det frie energinivåer av metall 2. Derfor, når disse lederne kommer i kontakt, oppstår en resulterende strøm av elektroner fra leder 1 til leder 2. Dette fører til at faktum at den første lederen, som mister elektroner, blir positivt ladet, og den andre lederen tilegner seg ytterligere negativ ladning lades negativt. På grunn av lading skifter alle energinivåer av metall 1 ned, og metall 2 skifter opp. Prosessen med nivåforskyvning og prosessen med elektronovergang fra leder 1 til leder 2 vil fortsette inntil Fermi-nivåene til begge lederne er på linje (fig. 9 b). Som man kan se fra denne figuren, tilsvarer likevektstilstanden potensialforskjellen mellom nullnivåene til lederne 0 1 og 0 2:

.(11)

Potensiell forskjell V K.R.P kalt kontaktpotensialforskjell. Følgelig bestemmes kontaktpotensialforskjellen av forskjellen i arbeidsfunksjonen til elektroner fra kontaktlederne. Det oppnådde resultatet er gyldig for alle metoder for å utveksle elektroner mellom to materialer, inkludert ved termionisk emisjon i vakuum, gjennom en ekstern krets, etc. Lignende resultater oppnås når metall kommer i kontakt med en halvleder. Det oppstår en kontaktpotensialforskjell mellom metallene og halvlederen, som er omtrent i samme størrelsesorden som ved kontakt mellom to metaller (ca. 1 V). Den eneste forskjellen er at hvis hele kontaktpotensialforskjellen i ledere faller nesten på gapet mellom metallene, når et metall kommer i kontakt med en halvleder, faller hele kontaktpotensialforskjellen på halvlederen, der et tilstrekkelig stort lag er dannet, anriket eller utarmet for elektroner. Hvis dette laget er utarmet for elektroner (i tilfellet når arbeidsfunksjonen til en n-type halvleder er mindre enn arbeidsfunksjonen til metallet), så er et slikt lag kalt blokkering og en slik overgang vil ha retteegenskaper. Den potensielle barrieren som oppstår i den likeretterkontakt av et metall med en halvleder kalles Schottky-barrieren, og dioder som opererer på dens basis - Schottky dioder.

Volt-ampereKarakteristikker for en termionisk katode ved lave emisjonsstrømtettheter. Schottky-effekt

Hvis det skapes en potensialforskjell mellom den termioniske katoden og anoden til dioden (fig. 5) V, og forhindrer bevegelse av elektroner til anoden, vil bare de som flyr ut fra katoden med en reserve av kinetisk energi som ikke er mindre enn energien til det elektrostatiske feltet mellom anoden og katoden være i stand til å nå anoden, dvs. -e V(V< 0). For å gjøre dette må deres energi i den termioniske katoden ikke være mindre W 0 –еV. Deretter erstattes i formelen Richardson-Deshman (10) W 0 på W 0 –еV, får vi følgende uttrykk for den termiske emisjonsstrømtettheten:

,(12)

Her j S– metningsstrømtetthet. La oss ta logaritmen til dette uttrykket

.(13)

Ved et positivt potensial ved anoden lander alle elektroner som forlater den termioniske katoden på anoden. Derfor bør strømmen i kretsen ikke endres, forbli lik metningsstrømmen. Dermed, volt-ampere Karakteristikken (strømspenningskarakteristikk) til den termiske katoden vil ha formen vist i fig. 10 (kurve a).

En lignende strøm-spenningskarakteristikk observeres bare ved relativt lave emisjonsstrømtettheter og høye positive potensialer ved anoden, når en betydelig elektronromladning ikke oppstår nær den emitterende overflaten. Strømspenningskarakteristikker til den termioniske katoden tar hensyn til romladningen, diskutert i avsnitt. 6.

La oss merke oss et annet viktig trekk ved strømspenningskarakteristikken ved lave emisjonsstrømtettheter. Konklusjonen er at termostrømmen når metning kl V=0, er kun gyldig for tilfellet når katode- og anodematerialene har samme termodynamiske arbeidsfunksjon. Hvis arbeidsfunksjonene til katoden og anoden ikke er like, vises en kontaktpotensialforskjell mellom anoden og katoden. I dette tilfellet, selv i fravær av et eksternt elektrisk felt ( V=0) det er et elektrisk felt mellom anoden og katoden på grunn av kontaktpotensialforskjellen. For eksempel hvis W 0k< W 0a da vil anoden lades negativt i forhold til katoden. For å ødelegge kontaktpotensialforskjellen, bør en positiv forspenning påføres anoden. Derfor volt-ampere karakteristikken til den varme katoden forskyves med mengden av kontaktpotensialforskjellen mot det positive potensialet (fig. 10, kurve b). Med et omvendt forhold mellom W 0k Og W 0a retningen for forskyvningen av strøm-spenningskarakteristikken er motsatt (kurve c i fig. 10).

Konklusjon om uavhengigheten til metningsstrømtettheten ved V>0 er svært idealisert. I reelle strøm-spenningskarakteristikker for termionisk emisjon observeres en svak økning i termionisk emisjonsstrøm med økende V i metningsmodus, som er forbundet med Schottky-effekt(Fig. 11).

Schottky-effekten er en reduksjon i arbeidsfunksjonen til elektroner fra faste stoffer under påvirkning av et eksternt akselererende elektrisk felt.

For å forklare Schottky-effekten, vurder kreftene som virker på et elektron nær overflaten av en krystall. I samsvar med loven om elektrostatisk induksjon induseres overflateladninger med motsatt fortegn på overflaten av krystallen, som bestemmer interaksjonen mellom elektronet og overflaten av krystallen. I samsvar med metoden for elektriske bilder erstattes virkningen av reelle overflateladninger på et elektron med virkningen av en fiktiv poeng positivt lade +e, plassert i samme avstand fra krystalloverflaten som elektronet, men på motsatt side av overflaten (fig. 12). Deretter, i samsvar med Coulombs lov, kraften til interaksjon mellom to punktladninger

,(14)

Her ε o– elektrisk konstant: X er avstanden mellom elektronet og overflaten av krystallen.

Den potensielle energien til et elektron i det elektriske bildekraftfeltet, hvis det telles fra nullvakuumnivået, er lik

.(15)

Potensiell energi til et elektron i et eksternt akselererende elektrisk felt E

Total potensiell energi til et elektron

.(17)

En grafisk bestemmelse av den totale energien til et elektron lokalisert nær overflaten av krystallen er vist i fig. 13, som tydelig viser en reduksjon i arbeidsfunksjonen til et elektron fra krystallen. Den totale elektronpotensialenergikurven (heltrukken kurve i fig. 13) når et maksimum ved punktet x m:

.(18)

Dette punktet er 10 Å fra overflaten ved en ekstern feltstyrke » 3× 106 V/cm.

På punktet X m total potensiell energi lik reduksjonen i den potensielle barrieren (og derfor reduksjonen i arbeidsfunksjonen),

.(19)

Som et resultat av Schottky-effekten øker den termiske diodestrømmen ved en positiv spenning ved anoden med økende anodespenning. Denne effekten manifesterer seg ikke bare når elektroner sendes ut i et vakuum, men også når de beveger seg gjennom metall-halvleder- eller metall-isolator-kontakter.

6. Strømmer i vakuum begrenset av plasslading. Loven om "tre sekunder"

Ved høye termioniske emisjonsstrømtettheter er strøm-spenningskarakteristikken betydelig påvirket av den volumetriske negative ladningen som oppstår mellom katoden og anoden. Denne negative bulkladningen forhindrer at elektroner som slipper ut fra katoden når anoden. Dermed viser anodestrømmen seg å være mindre enn elektronemisjonsstrømmen fra katoden. Når et positivt potensial påføres anoden, reduseres den ekstra potensialbarrieren ved katoden som skapes av romladningen, og anodestrømmen øker. Dette er et kvalitativt bilde av innflytelsen av romladning på strømspenningskarakteristikken til en termisk diode. Denne problemstillingen ble teoretisk utforsket av Langmuir i 1913.

La oss beregne, under en rekke forenklede forutsetninger, avhengigheten av den termiske diodestrømmen av den eksterne potensialforskjellen påført mellom anoden og katoden og finne fordelingen av feltet, potensialet og elektronkonsentrasjonen mellom anoden og katoden, under hensyntagen til plassladingen.

Ris. 14. Til konklusjonen av loven om "tre sekunder"

La oss anta at diodeelektrodene er flate. Med liten avstand mellom anode og katode d de kan betraktes som uendelig store. Vi plasserer opprinnelsen til koordinatene på overflaten av katoden, og aksen X La oss rette den vinkelrett på denne overflaten mot anoden (fig. 14). Vi vil holde katodetemperaturen konstant og lik T. Elektrostatisk feltpotensial j , som eksisterer i rommet mellom anoden og katoden, vil være en funksjon av bare én koordinat X. Han må tilfredsstille Poissons ligning

,(20)

Her r – volumetrisk ladningstetthet; n– elektronkonsentrasjon; j , r Og n er funksjoner til koordinaten X.

Tatt i betraktning at strømtettheten mellom katoden og anoden

og elektronhastigheten v kan bestemmes ut fra ligningen

Hvor m– elektronmasse, ligning (20) kan transformeres til formen

, .(21)

Denne ligningen må suppleres med randbetingelser

Disse grensebetingelsene følger av at potensialet og den elektriske feltstyrken ved katodeoverflaten må forsvinne. Multiplisere begge sider av ligning (21) med dj /dx, vi får

.(23)

Vurderer

(24a)

Og ,(24b)

vi skriver (23) i skjemaet

.(25)

Nå kan vi integrere begge sider av ligning (25) over X fra 0 til den verdien x, hvor potensialet er likt j . Da tar vi hensyn til grensebetingelser (22), får vi

Integrering av begge deler (27) fra X=0, j =0 til X=1, j= V a, vi får

.(28)

Ved å kvadrere begge sider av likhet (28) og uttrykke strømtettheten j fra EN ifølge (21), får vi

.(30)

Formel (29) kalles Langmuirs «tre-sekunders lov».

Denne loven er gyldig for elektroder med vilkårlig form. Uttrykket for den numeriske koeffisienten avhenger av formen på elektrodene. Formlene oppnådd ovenfor gjør det mulig å beregne fordelingen av potensial, elektrisk feltstyrke og elektrontetthet i rommet mellom katoden og anoden. Integrasjon av uttrykk (26) som strekker seg fra X=0 til verdien når potensialet er likt j , fører til relasjonen

de. potensialet varierer proporsjonalt med avstanden fra katoden X til makten 4/3. Derivat dj/ dx karakteriserer den elektriske feltstyrken mellom elektrodene. I henhold til (26), størrelsen på den elektriske feltstyrken E ~X 19. Til slutt elektronkonsentrasjonen

(32)

og ifølge (31) n(x)~ (1/x) 2/9 .

Avhengigheter j (X ), E(X) Og n(X) er vist i fig. 15. Hvis X→0, da tenderer konsentrasjonen til uendelig. Dette er en konsekvens av å neglisjere de termiske hastighetene til elektroner ved katoden. I en reell situasjon, under termionisk emisjon, forlater elektroner katoden ikke med null hastighet, men med en viss begrenset emisjonshastighet. I dette tilfellet vil anodestrømmen eksistere selv om det er et lite omvendt elektrisk felt nær katoden. Følgelig kan volumladningstettheten endres til slike verdier at potensialet nær katoden synker til negative verdier (fig. 16). Når anodespenningen øker, synker minimumspotensialet og nærmer seg katoden (kurve 1 og 2 i fig. 16). Ved tilstrekkelig høy spenning ved anoden smelter minimumspotensialet sammen med katoden, feltstyrken ved katoden blir null og avhengigheten j (X) tilnærminger (29), beregnet uten å ta hensyn til de innledende elektronhastighetene (kurve 3 i fig. 16). Ved høye anodespenninger er romladningen nesten fullstendig oppløst og potensialet mellom katode og anode endres etter en lineær lov (kurve 4, fig. 16).

Dermed skiller potensialfordelingen i interelektroderommet, tatt i betraktning de innledende elektronhastighetene, seg betydelig fra det som er grunnlaget for den idealiserte modellen når man utleder "tre sekunders" loven. Dette fører til en endring og avhengighet av anodestrømtettheten. Beregning som tar hensyn til de innledende elektronhastighetene for tilfellet med potensialfordelingen vist i fig. 17, og for sylindriske elektroder gir følgende avhengighet for den totale termioniske emisjonsstrømmen Jeg (Jeg=jS, Hvor S– tverrsnittsareal av termostrømmen):

.(33)

Alternativer x m Og V m bestemt av typen avhengighet j (X), deres betydning er tydelig fra fig. 17. Parameter X m lik avstanden fra katoden der potensialet når sin minimumsverdi = V m. Faktor C(x m), unntatt x m, avhenger av radiene til katoden og anoden. Ligning (33) er gyldig for små endringer i anodespenningen, fordi Og X m Og V m, som diskutert ovenfor, avhenger av anodespenningen.

Dermed er loven om "tre sekunder" ikke universell; den er bare gyldig i et relativt smalt område av spenninger og strømmer. Imidlertid er det et tydelig eksempel på det ikke-lineære forholdet mellom strøm og spenning i en elektronisk enhet. Ikke-lineariteten til strømspenningskarakteristikken er den viktigste egenskapen til mange elementer i radio- og elektriske kretser, inkludert elementer av solid-state elektronikk.

Del 2. Laboratoriearbeid

7. Eksperimentelt oppsett for å studere termionisk emisjon

Laboratoriearbeid nr. 1 og 2 utføres på én laboratorieinstallasjon, implementert på grunnlag av et universelt laboratoriestativ. Installasjonsskjemaet er vist i fig. 18. Måleseksjonen inneholder en EL vakuumdiode med direkte eller indirekte oppvarmet katode. Frontpanelet til måleseksjonen viser kontaktene til glødetråden "Incandescent", anoden "Anode" og katoden "Cathode". Filamentkilden er en stabilisert likestrømskilde av type B5-44A. I-ikonet i diagrammet indikerer at kilden fungerer i gjeldende stabiliseringsmodus. Prosedyren for å arbeide med en likestrømkilde finner du i den tekniske beskrivelsen og bruksanvisningen for denne enheten. Lignende beskrivelser er tilgjengelige for alle elektriske måleinstrumenter som brukes i laboratoriearbeid. Anodekretsen inkluderer en stabilisert likestrømkilde B5-45A og et universelt digitalt voltmeter B7-21A, brukt i likestrømsmålemodus for å måle anodestrømmen til den termiske dioden. For å måle anodespenningen og katodevarmestrømmen kan du bruke enheter innebygd i strømkilden eller koble til et ekstra voltmeter RV7-32 for en mer nøyaktig måling av spenningen ved katoden.

Måleseksjonen kan inneholde vakuumdioder med forskjellige arbeidskatodefilamentstrømmer. Ved nominell filamentstrøm fungerer dioden i modusen for å begrense anodestrømmen ved romladning. Denne modusen er nødvendig for å utføre laboratoriearbeid nr. 1. Laboratoriearbeid nr. 2 utføres ved reduserte filamentstrømmer, når påvirkning av romladning er ubetydelig. Når du stiller inn filamentstrømmen, bør du være spesielt forsiktig, fordi Overskudd av filamentstrømmen over dens nominelle verdi for et gitt vakuumrør fører til utbrenning av katodefilamentet og svikt i dioden. Derfor, når du forbereder deg til arbeid, sørg for å sjekke med læreren eller ingeniøren din verdien av driftsglødetrådstrømmen til dioden som brukes i arbeidet; sørg for å skrive ned dataene i arbeidsboken og bruke dem når du lager en rapport om laboratoriearbeid.

8. Laboratoriearbeid nr. 1. Studerer innflytelsen av romladning på volt-amperetermiske strømegenskaper

Formålet med arbeidet: eksperimentell studie av avhengigheten av termionisk emisjonsstrøm på anodespenningen, bestemmelse av eksponenten i "tre-sekunders" loven.

Volt-ampere Karakteristikken til termionisk emisjonsstrøm er beskrevet av loven om "tre sekunder" (se avsnitt 6). Denne modusen for diodedrift skjer ved tilstrekkelig høye katodefilamentstrømmer. Vanligvis, ved nominell filamentstrøm, er vakuumdiodestrømmen begrenset av romladning.

Forsøksoppsettet for å utføre dette laboratoriearbeidet er beskrevet i Sect. 7. Under arbeid er det nødvendig å måle strøm-spenningskarakteristikken til dioden ved nominell glødetrådsstrøm. Verdien av driftsstrømskalaen til vakuumrøret som brukes bør tas fra en lærer eller ingeniør og skrives ned i en arbeidsbok.

Arbeidsordre

1. Gjør deg kjent med beskrivelsen og prosedyren for bruk av instrumentene som er nødvendige for driften av forsøksoppsettet. Sett sammen kretsen i henhold til fig. 18. Installasjonen kan kobles til nettverket kun etter å ha kontrollert riktigheten av den sammensatte kretsen av en ingeniør eller lærer.

2. Slå på strømforsyningen til katodefilamentstrømmen og still inn den nødvendige filamentstrømmen. Siden når filamentstrømmen endres, endres temperaturen og motstanden til filamentet, noe som igjen fører til en endring i filamentstrømmen, må justeringen utføres ved hjelp av metoden for suksessive tilnærminger. Etter at justeringen er fullført, må du vente ca. 5 minutter før glødetrådstrømmen og katodetemperaturen har stabilisert seg.

3. Koble en konstantspenningskilde til anodekretsen og mål strøm-spenningskarakteristikken punkt for punkt ved å endre spenningen ved anoden. Ta strømspenningskarakteristikken i området 0...25 V, hver 0,5...1 V.

Ia(V a), Hvor Ia– anodestrøm, V a– anodespenning.

5. Hvis området for endringer i anodespenningen anses å være lite, er verdiene x m, C(x,n) Og V m, inkludert i formel (33), kan tas konstant. For øvrig V a størrelse V m kan neglisjeres. Som et resultat blir formel (33) transformert til formen (etter overgang fra termostrømtettheten j til sin fulle verdi Jeg)

6. Bestem verdien fra formel (34). MED for tre maksimale verdier av anodespenningen på strøm-spenningskarakteristikken. Beregn det aritmetiske gjennomsnittet av de oppnådde verdiene. Sett denne verdien inn i formel (33), bestem verdien V m for tre minimumsspenningsverdier ved anoden og beregn den aritmetiske middelverdien V m.

7. Bruke den oppnådde verdien V m, plott avhengigheten av ln Ia fra ln( V a+|V m|). Bestem graden av avhengighet fra tangenten til vinkelen til denne grafen Ia(V a + V m). Den skal være nær 1,5.

8. Utarbeid en rapport om arbeidet.

Rapporteringskrav

5. Konklusjoner på arbeidet.

Kontrollspørsmål

1. Hva kalles fenomenet termionisk emisjon? Definer arbeidsfunksjonen til et elektron. Hva er forskjellen mellom termodynamisk og ekstern arbeidsfunksjon?

2. Forklar årsakene til fremveksten av en potensiell barriere ved fast-vakuum-grensen.

3. Forklar, basert på energidiagrammet til metallet og elektronenergifordelingskurven, den termiske emisjonen av elektroner fra metallet.

4. Under hvilke forhold observeres termionstrøm? Hvordan kan du observere termionstrøm? Hvordan avhenger den termiske diodestrømmen av det påførte elektriske feltet?

5. Angi loven Richardson-Deshman

6. Forklar det kvalitative bildet av påvirkningen av en negativ volumladning på strøm-spenningskarakteristikken til en termisk diode. Formuler Langmuirs "tre sekunders" lov.

7. Hva er fordelingen av potensial, elektrisk feltstyrke og elektrontetthet i rommet mellom katoden og anoden ved strømmer begrenset av romladning?

8. Hva er avhengigheten av den termiske emisjonsstrømmen av spenningen mellom anode og katode, tatt i betraktning romladningen og innledende elektronhastigheter? Forklar betydningen av parameterne som bestemmer denne avhengigheten;

9. Forklar utformingen av forsøksoppsettet for å studere termionisk emisjon. Forklar formålet med individuelle elementer i kretsen.

10. Forklar metoden for eksperimentelt å bestemme eksponenten i loven om "tre-sekunder".

9. Laboratoriearbeid nr. 2. Studie av termionisk emisjon ved lave emisjonsstrømtettheter

Hensikten med arbeidet: å studere strøm-spenningskarakteristikkene til en termisk diode ved lav katodevarmestrøm. Bestemmelse fra eksperimentelle resultater av kontaktpotensialforskjellen mellom katoden og anoden, katodetemperaturen.

Ved lave termiske strømtettheter volt-ampere karakteristikken har et karakteristisk utseende med et bøyningspunkt som tilsvarer modulen til kontaktpotensialforskjellen mellom katoden og anoden (fig. 10). Katodetemperaturen kan bestemmes som følger. La oss gå videre til ligning (12), som beskriver strøm-spenningskarakteristikken for termionisk emisjon ved lave strømtettheter, fra termostrømtettheten j til sin fulle verdi Jeg(j=JEG/S, Hvor S– termostrømmens tverrsnittsareal). Så får vi

Hvor ER– metningsstrøm.

Tar vi logaritmer av (35), har vi

.(36)

I den grad ligning (36) beskriver strøm-spenningskarakteristikken i området til venstre for infleksjonspunktet, er det for å bestemme katodetemperaturen nødvendig å ta hvilke som helst to punkter i dette området med anodestrømmer jeg en 1, jeg en 2 og anodespenninger U en 1, U en 2 hhv. Deretter, ifølge ligning (36),

Herfra får vi arbeidsformelen for katodetemperaturen

.(37)

Arbeidsordre

For å utføre laboratoriearbeid må du:

1. Gjør deg kjent med beskrivelsen og prosedyren for bruk av instrumentene som er nødvendige for driften av forsøksoppsettet. Sett sammen kretsen i henhold til fig. 18. Installasjonen kan kobles til nettverket bare etter å ha kontrollert riktigheten av den sammensatte kretsen av en ingeniør eller lærer.

2. Slå på strømforsyningen til katodefilamentstrømmen og still inn den nødvendige filamentstrømmen. Etter innstilling av strømmen må du vente ca. 5 minutter før glødetrådstrømmen og katodetemperaturen stabiliserer seg.

3. Koble en konstantspenningskilde til anodekretsen og mål strøm-spenningskarakteristikken punkt for punkt ved å endre spenningen ved anoden. Volt-ampere ta karakteristikken i området 0...5 V hver 0,05...0,2 V.

4. Presenter måleresultatene på en graf i l-koordinater Ia(V a), Hvor Ia– anodestrøm, V a– anodespenning. Siden kontaktpotensialforskjellen i dette arbeidet bestemmes grafisk, bør skalaen langs den horisontale aksen velges slik at nøyaktigheten av bestemmelsen V K.R.P var ikke mindre enn 0,1 V.

5. Bruk infleksjonspunktet til strøm-spenningskarakteristikken, og bestem kontaktpotensialforskjellen mellom anoden og katoden.

6. Bestem katodetemperaturen for tre par punkter på den skråstilte lineære seksjonen av strøm-spenningskarakteristikken til venstre for vendepunktet. Katodetemperaturen skal beregnes ved hjelp av formel (37). Beregn gjennomsnittstemperaturen fra disse dataene.

7. Utarbeid en rapport om arbeidet.

Rapporteringskrav

Rapporten er utarbeidet på et standardark med A4-papir og skal inneholde:

1. Grunnleggende informasjon om teorien.

2. Diagram over forsøksoppsettet og dets korte beskrivelse.

3. Resultater av målinger og beregninger.

4. Analyse av de oppnådde eksperimentelle resultatene.

5. Konklusjoner på arbeidet.

Kontrollspørsmål

1. List opp typene av elektronemisjon. Hva forårsaker frigjøring av elektroner i hver type elektronemisjon?

2. Forklar fenomenet termionisk emisjon. Definer arbeidsfunksjonen til et elektron fra et fast stoff. Hvordan kan vi forklare eksistensen av en potensiell barriere ved fast-vakuum-grensen?

3. Forklar, basert på energidiagrammet til metallet og elektronenergifordelingskurven, den termiske emisjonen av elektroner fra metallet.

4. Oppgi loven Richardson-Deshman. Forklar den fysiske betydningen av mengdene som inngår i denne loven.

5. Hva er egenskapene til strøm-spenningskarakteristikkene til den termioniske katoden ved lave emisjonsstrømtettheter? Hvordan påvirker kontaktpotensialforskjellen mellom katoden og anoden den?

6. Hva er Schottky-effekten? Hvordan forklares denne effekten?

7. Forklar reduksjonen i potensialbarrieren for elektroner under påvirkning av et elektrisk felt.

8. Hvordan vil katodetemperaturen bli bestemt i denne laboratoriet?

9. Forklar metoden for å bestemme kontaktpotensialforskjellen i dette arbeidet.

10. Forklar diagrammet og formålet med individuelle elementer i laboratorieoppsettet.

Ledningselektroner forlater ikke spontant metallet i nevneverdige mengder. Dette forklares av det faktum at metall representerer et potensielt hull for dem. Bare de elektronene hvis energi er tilstrekkelig til å overvinne den potensielle barrieren på overflaten er i stand til å forlate metallet. Kreftene som forårsaker denne barrieren har følgende opphav. Den tilfeldige fjerningen av et elektron fra det ytre laget av positive ioner i gitteret resulterer i utseendet til en overflødig positiv ladning på stedet der elektronet forlot.

Coulomb-interaksjonen med denne ladningen tvinger elektronet, hvis hastighet ikke er veldig høy, til å returnere. Dermed forlater individuelle elektroner konstant overflaten av metallet, beveger seg bort fra det flere interatomære avstander og snur deretter tilbake. Som et resultat er metallet omgitt av en tynn sky av elektroner. Denne skyen danner sammen med det ytre laget av ioner et elektrisk dobbeltlag (Fig. 60.1; sirkler - ioner, svarte prikker - elektroner). Kreftene som virker på elektronet i et slikt lag blir rettet inn i metallet.

Arbeidet som gjøres mot disse kreftene når et elektron overføres fra metallet utover, øker den potensielle energien til elektronet

Dermed er den potensielle energien til valenselektroner inne i metallet mindre enn utenfor metallet med en mengde lik dybden til den potensielle brønnen (fig. 60.2). Energiendringen skjer over en lengde av størrelsesorden flere interatomære avstander, slik at brønnens vegger kan betraktes som vertikale.

Den potensielle energien til et elektron og potensialet til punktet der elektronet befinner seg har motsatte fortegn. Det følger at potensialet inne i metallet er større enn potensialet i umiddelbar nærhet av overflaten (vi vil ganske enkelt si "på overflaten" for korthets skyld) med mengden

Å gi metallet en overflødig positiv ladning øker potensialet både på overflaten og inne i metallet. Den potensielle energien til elektronet avtar tilsvarende (fig. 60.3, a).

La oss huske at verdiene av potensiell og potensiell energi i det uendelige tas som referansepunkt. Budskapet om negativ ladning senker potensialet i og utenfor metallet. Følgelig øker den potensielle energien til elektronet (fig. 60.3, b).

Den totale energien til et elektron i et metall består av potensielle og kinetiske energier. I § 51 ble det funnet at ved absolutt null varierer verdiene til den kinetiske energien til ledningselektroner fra null til energien Emax som faller sammen med Fermi-nivået. I fig. 60.4, er energinivåene til ledningsbåndet innskrevet i potensialbrønnen (den stiplede linjen viser ledige nivåer). For å bli fjernet fra metallet må forskjellige elektroner gis forskjellige energier.

Dermed må et elektron lokalisert på det laveste nivået av ledningsbåndet gis energi; for et elektron lokalisert på Fermi-nivået er energi tilstrekkelig

Minimumsenergien som må gis til et elektron for å fjerne det fra et fast stoff eller væske inn i et vakuum kalles arbeidsfunksjonen. Arbeidsfunksjonen er vanligvis betegnet med hvor Ф er en størrelse som kalles utgangspotensialet.

I samsvar med ovenstående bestemmes arbeidsfunksjonen til et elektron fra et metall av uttrykket

Vi fikk dette uttrykket under forutsetning av at metalltemperaturen er 0 K. Ved andre temperaturer bestemmes også arbeidsfunksjonen som forskjellen mellom dybden av potensialbrønnen og Fermi-nivået, dvs. definisjon (60.1) utvides til evt. temperatur. Den samme definisjonen gjelder for halvledere.

Fermi-nivået avhenger av temperaturen (se formel (52.10)). I tillegg, på grunn av endringen i gjennomsnittlige avstander mellom atomer på grunn av termisk ekspansjon, endres dybden av den potensielle brønnen litt Dette fører til at arbeidsfunksjonen er litt avhengig av temperatur.

Arbeidsfunksjonen er svært følsom for tilstanden til metalloverflaten, spesielt for rensligheten. Ved å velge riktig overflatebelegg kan arbeidsfunksjonen reduseres betraktelig. For eksempel, påføring av et lag med jordalkalimetalloksid (Ca, Sr, Ba) på overflaten av wolfram reduserer arbeidsfunksjonen fra 4,5 eV (for ren W) til 1,5-2.

FYSIKK

Loven om bevaring av ladning. Coulombs lov. Dielektrisk konstant for et stoff.

Loven om bevaring av elektrisk ladning sier at den algebraiske summen av ladninger i et elektrisk lukket system er bevart.

Loven om bevaring av ladning i integrert form:

Her er Ω et vilkårlig område i tredimensjonalt rom, er grensen til dette området, ρ er ladningstettheten, og er strømtettheten (elektrisk ladningsflukstetthet) over grensen.

Loven om bevaring av ladning i differensiell form:

Loven om bevaring av ladning i elektronikk:

Kirchhoffs regler for strømninger følger direkte av loven om bevaring av ladning. Kombinasjonen av ledere og radioelektroniske komponenter presenteres som et åpent system. Den totale tilstrømningen av ladninger til et gitt system er lik den totale produksjonen av ladninger fra systemet. Kirchhoffs regler forutsetter at et elektronisk system ikke kan endre den totale kostnaden vesentlig.

Coulombs lov. Modulen til vekselvirkningskraften mellom to punktladninger i et vakuum er direkte proporsjonal med produktet av modulene til disse ladningene og omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom dem. hvor er kraften som ladning 1 virker på ladning 2; q1,q2 - størrelsen på ladninger; - radiusvektor (vektor rettet fra ladning 1 til ladning 2, og lik, i absolutt verdi, avstanden mellom ladninger - r12); k - proporsjonalitetskoeffisient. Dermed indikerer loven at like ladninger frastøter (og i motsetning til ladninger tiltrekker seg).

Dielektrisk konstant for et stoff. En fysisk størrelse lik forholdet mellom modulen til den eksterne elektriske feltstyrken i et vakuum og modulen til den totale feltstyrken i et homogent dielektrikum kalles den dielektriske konstanten til et stoff.

Elektrisk felt. Elektrisk feltstyrke. Elektrisk felt superposisjonsmetode.

Elektrisk felt - en av komponentene i det elektromagnetiske feltet; en spesiell type materie som eksisterer rundt legemer eller partikler med elektrisk ladning, samt i fri form når magnetfeltet endres (for eksempel i elektromagnetiske bølger). Det elektriske feltet er direkte usynlig, men kan observeres på grunn av dets kraftige effekt på ladede legemer.

Elektrisk feltstyrke - en vektorfysisk størrelse som karakteriserer det elektriske feltet i et gitt punkt og er numerisk lik forholdet mellom kraften som virker på en testladning plassert i et gitt punkt i feltet og verdien av denne ladningen q:.

Elektrisk felt superposisjonsmetode. Hvis feltet ikke er dannet av én ladning, men av flere, vil kreftene som virker på testladningen summeres i henhold til regelen for vektoraddisjon. Derfor er styrken til systemet av ladninger ved et gitt punkt, feltet, lik vektorsummen av feltstyrkene fra hver ladning separat.

Elektrisk feltstyrke vektorstrøm. Elektrisk skjevhet. Ostrogradsky-Gauss teorem.

elektrisk feltstyrke over en gitt overflate

summen av strømmer gjennom alle områder som overflaten er delt inn i

Elektrisk skjevhet. På grunn av den forskjellige polariserbarheten til ulik dielektrikum, vil feltstyrkene i dem være forskjellige. Derfor er antallet kraftlinjer i hvert dielektrikum også forskjellig.

Noen av linjene som kommer fra ladninger omgitt av en lukket overflate vil ende ved det dielektriske grensesnittet og vil ikke trenge gjennom denne overflaten. Denne vanskeligheten kan elimineres ved å introdusere en ny fysisk karakteristikk av feltet - den elektriske forskyvningsvektoren

Vektoren er rettet i samme retning som. Konseptet med vektorlinjer og forskyvningsfluks ligner konseptet med feltlinjer og spenningsfluks dN0= DdScos(α)

Ostrogradsky formel - en formel som uttrykker strømmen av et vektorfelt gjennom en lukket overflate ved integralet av divergensen (hvor langt den innkommende og utgående strømmen divergerer) til dette feltet over volumet begrenset av denne overflaten: det vil si at integralet av divergensen til et vektorfelt som strekker seg over et visst volum T er lik fluksen til vektoren gjennom overflaten S som avgrenser dette volumet.

Anvendelse av Gauss' teorem til beregning av noen elektriske felt i vakuum.

a) Felt av en uendelig lang tråd

modulen for feltstyrken skapt av en jevnt ladet uendelig lang tråd i en avstand R fra den,

b) felt av et jevnt ladet uendelig plan

La σ være overflateladningstettheten på planet

c) feltet til to jevnt ladede motsatte plan

d) felt av en jevnt ladet sfærisk overflate

Elektrisk feltpotensial. Potensielle natur av elektriske felt.

Elektrostatisk potensial (se også Coulomb-potensial) - en skalarenergi som er karakteristisk for et elektrostatisk felt, som karakteriserer den potensielle energien til feltet som besittes av en enhetsladning plassert på et gitt punkt i feltet. Det elektrostatiske potensialet er lik forholdet mellom den potensielle energien for interaksjon av en ladning med et felt og størrelsen på denne ladningen: J/C

Potensielle natur av elektriske felt.

Samspillet mellom stasjonære ladninger utføres gjennom et elektrostatisk felt: det er ikke ladningene som samhandler, men en ladning på stedet samhandler med feltet som skapes av en annen ladning. Dette er ideen om kortdistansehandling - ideen om å overføre interaksjoner gjennom det materielle miljøet, gjennom feltet.

Arbeid med å flytte en ladning i et elektrisk felt. Potensiell forskjell.

En fysisk størrelse lik forholdet mellom den potensielle energien til en elektrisk ladning i et elektrostatisk felt og størrelsen på denne ladningen kalles potensiell

Når en testladning q beveger seg i et elektrisk felt, opptrer de elektriske kreftene arbeid . Dette arbeidet for liten forskyvning er lik

Elektrisk feltstyrke som en potensiell gradient. Ekvipotensialflater.

Potensial gradient lik den potensielle økningen per lengdeenhet og tatt i den retningen denne økningen har størst verdi.

Ekvipotensial overflate er overflaten der skalarpotensialet til et gitt potensialfelt får en konstant verdi. En annen ekvivalent definisjon er en overflate som er ortogonal til feltlinjene på et hvilket som helst punkt.

Dipol i et elektrisk felt. Elektrisk dipolmoment.

uniformsfelt

Det totale dreiemomentet vil være lik

inhomogent ytre felt

og her oppstår et dreiemoment som dreier dipolen langs feltet (fig. 4). Men i dette tilfellet blir ladningene påvirket av krefter av ulik størrelse, hvis resultat ikke er null. Derfor vil dipolen også bevege seg translasjonsmessig, og trekkes inn i området til et sterkere felt

Elektrisk dipolmoment

Typer dielektriske stoffer. Polarisering av dielektrikum.

Ikke-polar dielektrisk- et stoff som inneholder molekyler med overveiende kovalente bindinger.

Polar dielektrisk- et stoff som inneholder dipolmolekyler eller grupper, eller har ioner i strukturen.

Ferroelektrisk- et stoff som inneholder områder med spontan polarisering.

Polarisering av dielektrikum - forskyvning av positive og negative elektriske ladninger i dielektrikum i motsatte retninger.

Elektrisk felt i et dielektrikum. Polarisasjonsvektor. Feltligning i et dielektrikum.

I dielektrikumet tilstedeværelsen elektrisk felt forstyrrer ikke kostnadsbalansen. Kraften som virker på ladningene i dielektrikumet fra det elektriske feltet balanseres av intramolekylære krefter som holder ladningene inne i det dielektriske molekylet, slik at ladningslikevekt er mulig i dielektrikumet, til tross for tilstedeværelsen av et elektrisk felt.

Elektrisk polarisasjonsvektor er dipolmomentet per volumenhet av dielektrikumet.

Feltligning i et dielektrikum

hvor r er tettheten til alle elektriske ladninger

Dielektrisk følsomhet for et stoff. Dens forhold til den dielektriske konstanten til mediet.

Dielektrisk følsomhet for et stoff - en fysisk størrelse, et mål på et stoffs evne til å polarisere under påvirkning av et elektrisk felt. Dielektrisk susceptibilitet χe er den lineære koblingskoeffisienten mellom polariseringen av det dielektriske P og det eksterne elektriske feltet E i tilstrekkelig små felt: I SI-systemet: hvor ε0 er den elektriske konstanten; produktet ε0χe kalles den absolutte dielektriske susceptibiliteten i SI-systemet.

Ferroelektrikk. Deres funksjoner. Piezo-effekt.

Ferroelektrikk, krystallinske dielektriske stoffer som har spontan (spontan) polarisering i et visst temperaturområde, som endres betydelig under påvirkning av ytre påvirkninger.

Piezoelektrisk effekt - effekten av dielektrisk polarisering under påvirkning av mekanisk stress

Ledere i et elektrisk felt. Fordeling av ladninger i en konduktør.

Ε = Evn. - Evn. = 0

La oss introdusere en lederplate i et elektrisk felt, la oss kalle dette feltet eksternt .

Som et resultat vil venstre overflate ha en negativ ladning, og høyre overflate vil ha en positiv ladning. Mellom disse ladningene vil det oppstå et eget elektrisk felt, som vi vil kalle internt. Inne i platen vil det samtidig være to elektriske felt - eksternt og internt, motsatt i retning.

Elektrisk kapasitet til ledere. Kondensator. Tilkobling av kondensatorer.

Elektrisk kapasitet - en fysisk mengde numerisk lik mengden ladning som må gis til en gitt leder for å øke potensialet med én.

Kondensator - en enhet for å samle ladning og energi til et elektrisk felt.

parallellkoblet

seriekoblet

Energi til en ladet leder, kondensator. Elektrisk feltenergi. Volumetrisk energitetthet av det elektriske feltet.

Energi til en ladet leder lik arbeidet som må gjøres for å lade denne lederen:

Energi til en ladet kondensator

Elektrostatisk feltenergi

Volumetrisk energitetthet av det elektrostatiske feltet

16. Elektrisk feltstyrke og tetthet. EMF. Spenning.

Nåværende styrke - en skalar fysisk mengde bestemt av forholdet mellom ladningen Δq som passerer gjennom tverrsnittet av lederen i løpet av en viss tidsperiode Δt til denne tidsperioden.

Strømtetthet j er en vektorfysisk størrelse, hvis modul bestemmes av forholdet mellom strømmen I i lederen og tverrsnittsarealet S til lederen.

Elektromotorisk kraft (EMF) - en fysisk størrelse som karakteriserer arbeidet til tredjeparts (ikke-potensielle) styrker i like- eller vekselstrømkilder. I en lukket ledende krets er EMF lik arbeidet til disse kreftene for å flytte en enkelt positiv ladning langs kretsen.

Elektrisk spenning - en fysisk størrelse hvis verdi er lik forholdet mellom arbeidet til det elektriske feltet utført ved overføring av en elektrisk testladning fra punkt A til punkt B til verdien av testladningen.

17. Ohms lov for en homogen del av en kjede. Ohms lov for et inhomogent område i integral form. Ohms lov for en komplett krets.

strømstyrke I i en homogen metallleder er direkte proporsjonal med spenningen U ved endene av denne lederen og omvendt proporsjonal med motstanden R til denne lederen

Ohms lov for en inhomogen del av en krets i integrert form IR = (φ1 - φ2) + E12

Ohms lov for en komplett krets :

18. Differensiell form for Ohms lov.

j-strømtetthet, σ - spesifikk elektrisk ledningsevne til stoffet som lederen er laget av Est-felt av ytre krefter

19. Joule-Lenz lov i integrerte og differensielle former.

i differensiell form:

termisk krafttetthet -

i integrert form:

20. Ikke-lineære elementer. Beregningsmetoder med ikke-lineære elementer. Kirchhoffs regel.

ikke-lineær kalles elektriske kretser der reaksjoner og effekter er ulineært relatert.

Enkel iterasjonsmetode

1. Den opprinnelige ikke-lineære ligningen til den elektriske kretsen, der den ønskede variabelen er, presenteres i skjemaet .

2. Beregningen utføres i henhold til algoritmen Hvor

Iterasjonstrinn. Lineære avhengigheter

Her er den angitte feilen

Kirchhoffs første regel:

den algebraiske summen av strømstyrker som konvergerer ved en node er lik null

Kirchhoffs andre regel:

i enhver enkel lukket krets, vilkårlig valgt i en forgrenet elektrisk krets, er den algebraiske summen av produktene av strømstyrker og motstandene til de tilsvarende seksjonene lik den algebraiske summen av emfene som er tilstede i kretsen

21. Strøm i et vakuum. Emisjonsfenomener og deres tekniske anvendelser.

Vakuum er en gasstilstand i et kar der molekyler flyr fra en vegg av karet til en annen uten noen gang å kollidere med hverandre.

En vakuumisolator, en strøm i den kan bare oppstå på grunn av kunstig introduksjon av ladede partikler; til dette formål brukes emisjon (utslipp) av elektroner fra stoffer. Termionisk emisjon skjer i vakuumrør med oppvarmede katoder, og fotoelektronutslipp skjer i en fotodiode.

Termionisk utslipp er utslipp av elektroner fra oppvarmede metaller. Konsentrasjonen av frie elektroner i metaller er ganske høy, derfor, selv ved gjennomsnittstemperaturer, på grunn av fordelingen av elektronhastigheter (energier), har noen elektroner tilstrekkelig energi til å overvinne potensialbarrieren ved metallgrensen. Med økende temperatur øker antallet elektroner, hvis kinetiske energi til termisk bevegelse er større enn arbeidsfunksjonen, og fenomenet termionisk utslipp blir merkbart.

Fenomenet termionisk emisjon brukes i enheter der det er nødvendig å oppnå en strøm av elektroner i vakuum, for eksempel i vakuumrør, røntgenrør, elektronmikroskop osv. Elektronrør er mye brukt innen elektro- og radioteknikk. , automasjon og telemekanikk for likeretting av vekselstrøm, forsterkning av elektriske signaler og vekselstrøm, generering av elektromagnetiske oscillasjoner etc. Avhengig av formålet brukes ekstra kontrollelektroder i lampene.

Fotoelektronutslipp er utslipp av elektroner fra et metall under påvirkning av lys, samt kortbølget elektromagnetisk stråling (for eksempel røntgenstråler). Hovedprinsippene for dette fenomenet vil bli diskutert når man vurderer den fotoelektriske effekten.

Sekundær elektronemisjon - er utslipp av elektroner fra overflaten av metaller, halvledere eller dielektriske stoffer når de bombarderes med en elektronstråle. Den sekundære elektronstrømmen består av elektroner reflektert av overflaten (elastisk og uelastisk reflekterte elektroner), og "ekte" sekundære elektroner - elektroner slått ut av metallet, halvlederen eller dielektrikumet av primærelektroner.

Fenomenet sekundær elektronemisjon brukes i fotomultiplikatorrør.

Kjøretøyutslipp er utslipp av elektroner fra overflaten av metaller under påvirkning av et sterkt eksternt elektrisk felt. Disse fenomenene kan observeres i det evakuerte røret.

22. Strøm i gasser. Uavhengig og ikke-uavhengig ledningsevne av gasser. CVC for strøm i gasser. Typer av utslipp og deres tekniske anvendelser.

Under normale forhold er gasser dielektriske, fordi består av nøytrale atomer og molekyler, og de har ikke et tilstrekkelig antall frie ladninger. For å gjøre en gass ledende, må du introdusere eller lage gratis ladningsbærere - ladede partikler - i den på en eller annen måte. I dette tilfellet er to tilfeller mulig: enten er disse ladede partiklene skapt ved påvirkning av en ekstern faktor eller introdusert i gassen fra utsiden, eller de er skapt i gassen ved virkningen av selve det elektriske feltet som eksisterer mellom elektrodene . I det første tilfellet kalles ledningsevnen til gassen ikke-uavhengig, i det andre - uavhengig.

Strøm-spenningskarakteristikk (volt-ampere karakteristikk ) - en graf over avhengigheten av strømmen gjennom et toterminalnettverk på spenningen på dette toterminalnettverket. Strøm-spenningskarakteristikken beskriver oppførselen til en to-terminal krets ved likestrøm.

Glødeutslipp observert ved lavt gasstrykk. Brukes til katodesputtering av metaller.

Gnistutslipp ofte observert i naturen er lyn. Driftsprinsippet til et gnistvoltmeter er en enhet for måling av svært høye spenninger.

Bueutladning kan observeres under følgende forhold: hvis motstanden til kretsen gradvis reduseres etter å ha antent gnistutladningen, vil strømstyrken i gnisten øke. Den elektriske lysbuen er en kraftig lyskilde og er mye brukt i projeksjon, flomlys og andre lysinstallasjoner. På grunn av sin høye temperatur er lysbuen mye brukt til sveising og skjæring av metaller. Høye lysbuetemperaturer brukes også i konstruksjonen av lysbueovner, som spiller en viktig rolle i moderne elektrometallurgi.

Corona utslipp observert ved relativt høye gasstrykk (for eksempel ved atmosfærisk trykk) i et sterkt inhomogent elektrisk felt. Den brukes i teknologi for installasjon av elektriske utfellere designet for å rense industrielle gasser fra faste og flytende urenheter.

23. Magnetfelt. Magnetisk induksjon. Magnetisk interaksjon av strømmer.

Et magnetfelt - et kraftfelt som virker på elektriske ladninger i bevegelse og på kropper med et magnetisk moment, uavhengig av bevegelsestilstanden, den magnetiske komponenten i det elektromagnetiske feltet.

Magnetisk induksjon - en vektormengde som er en kraft som er karakteristisk for magnetfeltet (dets virkning på ladede partikler) på et gitt punkt i rommet. Bestemmer kraften som magnetfeltet virker på en ladning som beveger seg med hastighet.

Samspill mellom strømmer er forårsaket av deres magnetiske felt: magnetfeltet til en strøm virker som en amperekraft på en annen strøm og omvendt.

24. Magnetisk moment av sirkulær strøm. Amperes lov.

Magnetisk moment av sirkulær strøm styrken til strømmen I som flyter langs spolen, området S som strømmet rundt av strømmen og orienteringen til spolen i rommet, bestemt av retningen til enhetsvektoren vinkelrett på spolens plan.

Amperes lov loven om mekanisk (ponderomotiv) interaksjon av to strømmer som flyter i små seksjoner av ledere plassert i en viss avstand fra hverandre.

25. Biot-Savart-Laplace-loven og dens anvendelse på beregning av visse magnetiske felt:

A) magnetfelt til en rett leder som fører strøm.

B) det sirkulære strømfeltet i sentrum av den sirkulære strømmen.

Biot-Savart-Laplace-loven for en leder med strøm I, hvis element dl skaper feltinduksjonen dB på et punkt A, skrives i formen der dl er en vektor som er lik i modul med lengden dl til lederelementet og sammenfaller i retning med strømmen, r er radiusvektoren som føres fra lederelementet dl til punkt A i feltet, r er modulen til radiusvektoren r.

magnetisk induksjon av foroverstrømfelt

magnetisk feltinduksjon i midten av en sirkulær leder som fører strøm

26. Sirkulasjon av magnetisk induksjon. Virvelkarakter av magnetisk strøm. Loven om total strøm i vakuum (teoremet om sirkulasjonen til induksjonsvektoren).

Magnetisk induksjonssirkulasjon der dl er vektoren til den elementære lengden av konturen, som er rettet langs kretsbypasset, Bl=Bcosα er komponenten av vektor B i tangentretningen til konturen (med tanke på valget av retningen til kretsbypasset ), α er vinkelen mellom vektorene B og dl.

Vortex-naturen til magnetfeltet.

Magnetiske induksjonslinjer er kontinuerlige: de har verken begynnelse eller slutt. Dette skjer for ethvert magnetfelt forårsaket av strømførende kretser. Vektorfelt med sammenhengende linjer kalles virvelfelt. Vi ser at magnetfeltet er et virvelfelt. Dette er den betydelige forskjellen mellom et magnetisk felt og et elektrostatisk.

Loven om totalstrøm for et magnetisk felt i vakuum (teoremet om sirkulasjonen til vektor B): sirkulasjonen av vektor B langs en vilkårlig lukket krets er lik produktet av magnetkonstanten μ0 med den algebraiske summen av strømmene som dekkes av denne kretsen:

27. Anvendelse av den totale gjeldende lov for å beregne magnetfeltet til en solenoid.

Ring magnetisk krets

1 og sammenfaller, derfor α = 0;

2 verdien av Hx er den samme på alle punkter av konturen;

3 er summen av strømmene som går gjennom kretsen lik IW.

[Er],

hvor Lx er lengden av konturen som integrasjonen ble utført langs;

rx – radius av sirkelen.

Vektoren inne i ringen avhenger av avstanden rх. Hvis α er ringens bredde

Hav = IW/L,

hvor L er lengden på den gjennomsnittlige magnetiske linjen.

28. Magnetisk fluks. Gauss' teorem for fluksen til den magnetiske induksjonsvektoren.

Magnetisk fluks - fluks som et integral av den magnetiske induksjonsvektoren gjennom en begrenset overflate. Bestemmes gjennom overflateintegralen

I samsvar med Gauss' teorem for magnetisk induksjon, er fluksen til den magnetiske induksjonsvektoren gjennom enhver lukket overflate null:

29. Arbeid med å flytte en leder og en krets med strøm i et magnetfelt.

arbeid med å flytte en lukket sløyfe med strøm i et magnetfelt er lik produktet av strømmen i kretsen og endringen i den magnetiske fluksen koblet til kretsen.

30. Lorentz kraft. Bevegelse av ladede partikler i et magnetfelt. Akseleratorer av ladede partikler i et magnetfelt.

Lorentz kraft - kraften som det elektromagnetiske feltet virker på en punktladet partikkel. v-hastigheten til partikkelen

. Bevegelse av ladede partikler i et magnetfelt

Grunnlaget for akseleratorens drift involverer samspillet mellom ladede partikler og elektriske og magnetiske felt. Et elektrisk felt kan direkte utføre arbeid på en partikkel, det vil si øke energien. Magnetfeltet, som skaper Lorentz-kraften, avleder bare partikkelen uten å endre energien, og setter banen som partiklene beveger seg langs.

31. Fenomenet elektromagnetisk induksjon. Faradays lov. Lenz sin regel.

Elektromagnetisk induksjon - fenomenet med forekomsten av elektrisk strøm i en lukket krets når den magnetiske fluksen som passerer gjennom den endres.

Faradays lov

Lenz sin regel , en regel for å bestemme retningen til induksjonsstrømmen: Induksjonsstrømmen som oppstår fra den relative bevegelsen til den ledende kretsen og kilden til magnetfeltet har alltid en slik retning at dens egen magnetiske fluks kompenserer for endringer i den eksterne magnetiske fluksen som forårsaket denne strømmen.

32. Induksjon emf. Loven om elektromagnetisk induksjon.

Elektromotorisk kraft (EMF) er en fysisk størrelse som karakteriserer arbeidet til tredjeparts (ikke-potensielle) styrker i like- eller vekselstrømkilder. I en lukket ledende krets er EMF lik arbeidet til disse kreftene for å flytte en enkelt positiv ladning langs kretsen.

EMF kan uttrykkes i form av den elektriske feltstyrken til eksterne krefter (Eex). I en lukket sløyfe (L) vil EMF være lik: , hvor dl er konturlengdeelementet.

Loven om elektromagnetisk induksjon E-post strøm i en krets er mulig hvis eksterne krefter virker på de frie ladningene til lederen. Arbeidet som utføres av disse kreftene for å flytte en enkelt positiv ladning langs en lukket sløyfe kalles emf. Når den magnetiske fluksen endres gjennom overflaten begrenset av konturen, vises fremmede krefter i kretsen, hvis handling er preget av den induserte emf.

33. Selvinduksjon. Induktans.

Selvinduksjon - eksitasjon av den elektromotoriske induksjonskraften (emf) i en elektrisk krets når den elektriske strømmen i denne kretsen endres; et spesielt tilfelle av elektromagnetisk induksjon. Den elektromotoriske kraften til selvinduksjon er direkte proporsjonal med strømmens endringshastighet

Induktans (fra latin inductio - veiledning, motivasjon), en fysisk størrelse som karakteriserer de magnetiske egenskapene til en elektrisk krets. Strømmen som flyter i en ledende krets skaper et magnetfelt i det omkringliggende rommet, og den magnetiske fluksen Ф som trenger inn i kretsen (koblet til den) er direkte proporsjonal med strømstyrken I:

34. Fenomenet gjensidig induksjon. Gjensidig induksjonskoeffisient.

Fenomenet gjensidig induksjon kalles induksjon av EMF i en krets når strømmen endres i en annen.

Ф21 = M21I1 Koeffisient M21 kalles gjensidig induktans den andre kretsen avhengig av den første.

35. Magnetisk feltenergi. Magnetfelts energitetthet.

Magnetisk feltenergi

Magnetfelts energitetthet (H-magnetisk feltstyrke).

36. Magnetiske egenskaper av materie. Magnetisering av materie. Gauss teorem for magnetfeltinduksjon.

Av magnetiske egenskaper alle stoffer kan deles inn i tre klasser:

stoffer med uttalte magnetiske egenskaper - ferromagnetisk; magnetfeltet deres er merkbart på betydelige avstander

paramagnetisk; deres magnetiske egenskaper er generelt lik de til ferromagnetiske materialer, men mye svakere

diamagnetiske stoffer - de frastøtes av en elektromagnet, dvs. kraften som virker på diamagnetiske materialer er rettet motsatt av den som virker på ferro- og paramagnetiske materialer.

magnetisering av materie

Gauss teorem for magnetisk induksjon

Fluksen til den magnetiske induksjonsvektoren gjennom enhver lukket overflate er null:

eller i differensiell form:

Dette tilsvarer det faktum at det i naturen ikke er noen "magnetiske ladninger" (monopoler) som vil skape et magnetfelt, akkurat som elektriske ladninger skaper et elektrisk felt. Gauss' teorem for magnetisk induksjon viser med andre ord at magnetfeltet er (helt) virvel.

37. Magnetisk feltstyrke. Teorem om sirkulasjonen til magnetfeltstyrkevektoren.

Magnetisk feltstyrke - (standardbetegnelse H) er en fysisk vektorstørrelse lik forskjellen mellom den magnetiske induksjonsvektoren B og magnetiseringsvektoren M.

, hvor μ0 er den magnetiske konstanten

Teorem om sirkulasjonen til magnetfeltstyrkevektoren:

Sirkulasjonen av magnetfeltet til likestrøm langs enhver lukket krets er proporsjonal med summen av strømstyrkene som trenger inn i sirkulasjonskretsen.

38. Loven om total strøm i materien.

total gjeldende rett : Sirkulasjonen av magnetfeltstyrkevektoren langs enhver lukket krets L er lik den algebraiske summen av makrostrømmene som dekkes av kretsen.

39. Magnetisk følsomhet og magnetisk permeabilitet av materie.

Magnetisk permeabilitet er en fysisk størrelse som karakteriserer forholdet mellom magnetisk induksjon B og magnetisk feltstyrke H i et stoff.

40. Dia-, para- og ferromagneter.

CM. №36

41. Elektromagnetiske oscillasjoner i en oscillerende krets. Thomsons formel.

Resonansfrekvensen til kretsen bestemmes av den såkalte Thomson-formelen

Thomsons formel

42. Maxwells ligning i integralform.

Ved å bruke Ostrogradsky-Gauss og Stokes formler, kan Maxwells differensialligninger gis formen av integralligninger:

Gauss lov

Gauss lov for magnetfelt

Faradays lov om induksjon

Arbeidsfunksjon

energien som brukes på å fjerne et elektron fra et fast stoff eller væske inn i et vakuum. Overgangen til et elektron fra et vakuum til et kondensert medium er ledsaget av frigjøring av energi lik R.v. Følgelig har R. v. er et mål på forbindelsen mellom et elektron og et kondensert medium; Jo mindre RV, jo lettere skjer emisjonen av elektroner. Derfor avhenger for eksempel strømtettheten av termionisk emisjon (se termionisk emisjon) eller feltutslipp (se Tunnel emisjon) eksponentielt av R.V.

R.v. mest fullstendig studert for ledere, spesielt for metaller (se metaller). Det avhenger av overflatens krystallografiske struktur. Jo tettere krystallflaten er "pakket", jo høyere er R.V. φ. For eksempel, for ren wolfram φ = 4,3 ev for kanter (116) og 5,35 ev for ansikter (110). For metaller tilsvarer en økning (gjennomsnittlig over flater) φ omtrent en økning i ioniseringspotensial. Minste R.v. (2 ev) er karakteristiske for alkalimetaller (Cs, Rb, K), og de største (5,5 ev) - metaller fra Pt-gruppen.

R.v. følsom for overflatestrukturdefekter. Tilstedeværelsen av egne forstyrrede atomer på et tettpakket ansikt reduserer φ. φ avhenger enda sterkere av overflateurenheter: elektronegative urenheter (oksygen, halogener, metaller med φ , større enn φ av substratet) øker vanligvis φ, og elektropositive - reduseres. For de fleste elektropositive urenheter (Cs på W, Tn på W, Ba på W) observeres en reduksjon i RV, som når en viss optimal urenhetskonsentrasjon n opt minimumsverdi lavere enn φ av grunnmetallet; på n≈ 2n engros R.v. blir nær φ av beleggmetallet og endres ikke ytterligere (se. ris. ). Størrelse n opt tilsvarer et ordnet lag av urenhetsatomer i samsvar med strukturen til substratet, som regel med alle ledige plasser fylt; og styrke 2 n opt - tett monoatomisk lag (koordinering med strukturen til underlaget er brutt). T.o., R.v. i det minste for materialer med metallisk elektrisk ledningsevne bestemmes av egenskapene til overflaten deres.

Den elektroniske teorien om metaller vurderer R. v. som arbeidet som kreves for å fjerne et elektron fra Fermi-nivået til vakuum. Moderne teori tillater oss ennå ikke nøyaktig å beregne φ for gitte strukturer og overflater. Grunnleggende informasjon om verdiene til φ er gitt av eksperiment. For å bestemme φ brukes emisjons- eller kontaktfenomener (se Kontaktpotensialforskjell).

Kjennskap til R.v. essensielt i utformingen av elektrovakuumenheter (Se Elektrovakuumenheter), hvor emisjon av elektroner eller ioner brukes, samt i enheter som termionenergiomformere (Se termionomformer).

Litt.: Dobretsov L.N., Gomoyunova M.V., Emission Electronics, M., 1966; Zandberg E. Ya., Ionov N. I., Surface ionization, M., 1969.

V. N. Shrednik.

Stor sovjetisk leksikon. - M.: Sovjetisk leksikon. 1969-1978 .

Se hva "Work Work" er i andre ordbøker:

Forskjellen mellom minimumsenergien (vanligvis målt i elektronvolt) som må gis til et elektron for dets "direkte" fjerning fra volumet til et fast stoff, og Fermi-energien. Her betyr "umiddelbarhet" at elektronet... ... Wikipedia

Energi F må brukes for å fjerne elektron fra et fast stoff eller væske inn i et vakuum (til en tilstand med null kinetisk energi). R.v. Ф=еj, hvor j er potensialet til R.V., e abs. elektrisk verdi elektronladning. R.v. lik forskjellen ... ... Fysisk leksikon

arbeidsfunksjon- elektron; arbeidsfunksjon Arbeid som tilsvarer energiforskjellen mellom nivået av kjemisk potensial i kroppen og potensialnivået nær overflaten av kroppen utenfor den i fravær av et elektrisk felt... Polyteknisk terminologisk forklarende ordbok

Arbeidet som kreves for å fjerne et elektron fra et kondensert stoff til et vakuum. Det måles ved forskjellen mellom minimumsenergien til et elektron i et vakuum og Fermi-energien til elektroner inne i kroppen. Avhenger av tilstanden til overflaten... ... Stor encyklopedisk ordbok

ARBEIDSARBEID, energien som brukes på å fjerne et elektron fra et stoff. Tatt i betraktning i FOTOELEKTRISK EFFEKT og i TERMOELEKTRONIKK... Vitenskapelig og teknisk encyklopedisk ordbok

arbeidsfunksjon- Energien som kreves for å transportere til det uendelige et elektron som befinner seg i sin opprinnelige posisjon på Fermi-nivå i et gitt materiale. [GOST 13820 77] Emner: elektrovakuumenheter... Teknisk oversetterveiledning

arbeidsfunksjon- energien som brukes på å fjerne et elektron fra et fast stoff eller væske til et vakuum. Overgangen til et elektron fra et vakuum til et kondensert medium er ledsaget av frigjøring av energi lik arbeidsfunksjonen; jo lavere arbeidsfunksjon, jo... ... Encyclopedic Dictionary of Metallurgy

arbeidsfunksjon- Arbeidsfunksjon Minimumsenergien (vanligvis målt i elektronvolt) som må brukes for å fjerne et elektron fra volumet til et fast stoff. Et elektron fjernes fra et fast stoff gjennom en gitt overflate og beveger seg til... Forklarende engelsk-russisk ordbok om nanoteknologi. - M.

Arbeidet som kreves for å fjerne et elektron fra et kondensert stoff til et vakuum. Det måles ved forskjellen mellom minimumsenergien til et elektron i vakuum og Fermi-energien til elektroner inne i kroppen. Avhenger av tilstanden til overflaten... ... encyklopedisk ordbok

arbeidsfunksjon- išlaisvinimo darbas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Darbas, kurį atlieka 1 molis dalelių (atomų, molekulių, elektronų) pereidamas iš vienos fazės į kitą arba įvak. atitikmenys: engl. arbeidsfunksjon vok.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

arbeidsfunksjon- išlaisvinimo darbas statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. arbeidsfunksjon; arbeid med utslipp; arbeid av exit vok. Ablösearbeit, f; Auslösearbeit, f; Austrittsarbeit, f rus. arbeidsfunksjon, f pranc. travail de sortie, m … Fizikos terminų žodynas

La oss vurdere situasjonen: ladning q 0 går inn i et elektrostatisk felt. Dette elektrostatiske feltet skapes også av en ladet kropp eller system av kropper, men vi er ikke interessert i dette. En kraft virker på ladningen q 0 fra feltet, som kan utføre arbeid og flytte denne ladningen i feltet.

Arbeidet til det elektrostatiske feltet er ikke avhengig av banen. Arbeidet som gjøres av feltet når en ladning beveger seg langs en lukket bane er null. Av denne grunn kalles elektrostatiske feltkrefter konservative, og selve feltet kalles potensiell.

Potensiell

Systemet "ladning - elektrostatisk felt" eller "ladning - ladning" har potensiell energi, akkurat som "gravitasjonsfelt - kropp"-systemet har potensiell energi.

En fysisk skalar størrelse som karakteriserer energitilstanden til feltet kalles potensiell et gitt punkt i feltet. En ladning q er plassert i et felt, den har potensiell energi W. Potensial er en karakteristikk av et elektrostatisk felt.

La oss huske potensiell energi i mekanikk. Potensiell energi er null når kroppen er på bakken. Og når en kropp heves til en viss høyde, sies det at kroppen har potensiell energi.

Når det gjelder potensiell energi i elektrisitet, er det ikke noe nullnivå av potensiell energi. Det er valgt tilfeldig. Derfor er potensial en relativ fysisk størrelse.

I mekanikk har kropper en tendens til å innta en posisjon med minst potensiell energi. I elektrisitet, under påvirkning av feltkrefter, har et positivt ladet legeme en tendens til å bevege seg fra et punkt med et høyere potensial til et punkt med et lavere potensial, og et negativt ladet legeme, omvendt.

Potensiell feltenergi er arbeidet som utføres av den elektrostatiske kraften når en ladning flyttes fra et gitt punkt i feltet til et punkt med null potensial.

La oss vurdere det spesielle tilfellet når et elektrostatisk felt skapes av en elektrisk ladning Q. For å studere potensialet til et slikt felt er det ikke nødvendig å introdusere en ladning q i det. Du kan beregne potensialet til ethvert punkt i et slikt felt som ligger i en avstand r fra ladningen Q.

Mediets dielektriske konstant har en kjent verdi (tabell) og karakteriserer mediet som feltet eksisterer i. For luft er det lik enhet.

Potensiell forskjell

Arbeidet et felt gjør for å flytte en ladning fra ett punkt til et annet kalles potensialforskjell

Denne formelen kan presenteres i en annen form

Ekvipotensialoverflate (linje)- overflate med likt potensial. Arbeidet som gjøres for å flytte en ladning langs en ekvipotensialflate er null.

Spenning

Potensialforskjellen kalles også elektrisk spenning forutsatt at ytre krefter ikke virker eller deres virkning kan neglisjeres.

Spenningen mellom to punkter i et jevnt elektrisk felt plassert langs samme intensitetslinje er lik produktet av modulen til feltstyrkevektoren og avstanden mellom disse punktene.

Strømmen i kretsen og energien til den ladede partikkelen avhenger av spenningen.

Superposisjonsprinsipp

Potensialet til et felt skapt av flere ladninger er lik den algebraiske summen av potensialene til feltene i hvert felt separat (med tanke på potensialets fortegn)

Når du løser problemer, oppstår det mye forvirring når du skal bestemme tegnet på potensial, potensiell forskjell og arbeid.

Figuren viser strekklinjer. På hvilket punkt i feltet er potensialet større?

Riktig svar er punkt 1. La oss huske at spenningslinjene begynner på en positiv ladning, som betyr at den positive ladningen er til venstre, derfor har punktet lengst til venstre det maksimale potensialet.

Hvis et felt blir studert som er skapt av en negativ ladning, har feltpotensialet nær ladningen en negativ verdi; dette kan enkelt verifiseres hvis en ladning med et minustegn erstattes i formelen. Jo lenger unna den negative ladningen, jo større er feltpotensialet.

Hvis en positiv ladning beveger seg langs spenningslinjene, er potensialforskjellen og arbeidet positive. Hvis en negativ ladning beveger seg langs spenningslinjene, har potensialforskjellen et "+"-tegn, og verket har et "-"-tegn.