Zauważono już, że podczas przekraczania granicy między przewodnikiem a próżnią siła i indukcja pola elektrycznego zmieniają się gwałtownie. Wiążą się z tym specyficzne zjawiska. Elektron jest wolny tylko w granicach metalu. Gdy tylko próbuje przekroczyć granicę „metal-próżnia”, między elektronem a nadmiarowym ładunkiem dodatnim utworzonym na powierzchni powstaje siła przyciągania kulombowskiego (rys. 6.1).

W pobliżu powierzchni tworzy się chmura elektronów, a na granicy faz tworzy się podwójna warstwa elektryczna o różnicy potencjałów (). Potencjalne skoki na granicy metalu pokazano na rysunku 6.2.

W objętości zajmowanej przez metal powstaje studnia energii potencjalnej, ponieważ w metalu elektrony są swobodne, a ich energia oddziaływania z miejscami sieci wynosi zero. Poza metalem elektron zyskuje energię W 0 . To jest energia przyciągania.Aby opuścić metal, elektron musi pokonać barierę potencjału i działać.

(6.1.1)

Ta praca nazywa się funkcja pracy elektronu z metalu . Aby go ukończyć, elektron musi mieć wystarczającą energię

Emisja termionowa

Wartość funkcji pracy zależy od charakteru chemicznego substancji, jej stanu termodynamicznego oraz stanu granicy faz. Jeśli energia wystarczająca do wykonania funkcji pracy jest przekazywana elektronom przez ogrzewanie, to proces, w którym elektrony uciekają z metalu, nazywa się emisja termionowa .

W klasycznej termodynamice metal jest przedstawiany jako sieć jonowa zawierająca gaz elektronowy. Uważa się, że społeczność wolnych elektronów przestrzega praw gazu doskonałego. Dlatego zgodnie z rozkładem Maxwella w temperaturze innej niż 0 K w metalu znajduje się pewna liczba elektronów, których energia cieplna jest większa niż funkcja pracy. Te elektrony opuszczają metal. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta również liczba takich elektronów.

Nazywa się zjawisko emisji elektronów przez rozgrzane ciała (emitery) do próżni lub innego ośrodka emisja termionowa . Ogrzewanie jest konieczne, aby energia ruchu termicznego elektronu była wystarczająca do pokonania sił przyciągania kulombowskiego między elektronem naładowanym ujemnie a ładunkiem dodatnim indukowanym przez niego na powierzchni metalu po usunięciu z powierzchni (rys. 6.1). Dodatkowo, w odpowiednio wysokiej temperaturze, nad powierzchnią metalu tworzy się ujemnie naładowana chmura elektronów, która zapobiega ucieczce elektronu z powierzchni metalu do próżni. Te dwa i prawdopodobnie inne czynniki określają funkcję pracy elektronu z metalu.

Zjawisko emisji termojonowej odkrył w 1883 roku słynny amerykański wynalazca Edison. Zjawisko to zaobserwował w lampie próżniowej z dwiema elektrodami – anodą o potencjale dodatnim i katodą o potencjale ujemnym. Katodą lampy może być żarnik wykonany z metalu ogniotrwałego (wolfram, molibden, tantal itp.), ogrzewany prądem elektrycznym (ryc. 6.3). Taka lampa nazywana jest diodą próżniową. Jeśli katoda jest zimna, w obwodzie katoda-anoda praktycznie nie ma prądu. Wraz ze wzrostem temperatury katody w obwodzie katoda-anoda pojawia się prąd elektryczny, który jest tym większy, im wyższa jest temperatura katody. Przy stałej temperaturze katody prąd w obwodzie katoda-anoda wzrasta wraz ze wzrostem różnicy potencjałów U między katodą a anodą i przechodzi do pewnej wartości stacjonarnej, zwanej prąd nasycenia I n. W którym wszystkie termoelektrony emitowane przez katodę docierają do anody. Prąd anodowy nie jest proporcjonalny U, i dlatego Prawo Ohma nie obowiązuje dla diody próżniowej.

Rysunek 6.3 przedstawia obwód diody próżniowej i charakterystykę prądowo-napięciową (CV) ja(U a). Tutaj U h - napięcie spowalniające, przy którym I = 0.

Emisja zimna i wybuchowa

Emisja elektronowa spowodowana działaniem sił pola elektrycznego na swobodne elektrony w metalu nazywa się zimna emisja lub autoelektroniczna . W tym celu siła pola musi być wystarczająca i warunek musi być spełniony

(6.1.2)

tutaj d to grubość podwójnej warstwy elektrycznej na styku mediów. Zwykle dla czystych metali i W praktyce jednak obserwuje się emisję zimną o sile uporządkowania, co przypisuje się niespójności klasycznych pojęć opisujących procesy na poziomie mikro.

Emisję pola można zaobserwować w dobrze opróżnionej lampie próżniowej, której katodą jest końcówka, a anodą jest konwencjonalna elektroda o płaskiej lub lekko zakrzywionej powierzchni. Natężenie pola elektrycznego na powierzchni końcówki o promieniu krzywizny r i potencjał U w stosunku do anody jest

W i , co doprowadzi do pojawienia się słabego prądu z powodu emisji pola z powierzchni katody. Siła prądu emisyjnego szybko rośnie wraz ze wzrostem różnicy potencjałów U. W tym przypadku katoda nie jest specjalnie podgrzewana, dlatego emisję nazywa się zimną.

Za pomocą emisji polowej zasadniczo możliwe jest uzyskanie gęstości prądu ale wymaga to emiterów w postaci zestawu dużej liczby końcówek o identycznym kształcie (ryc. 6.4), co jest praktycznie niemożliwe, a ponadto wzrost prądu do 10 8 A / cm 2 prowadzi do wybuchu zniszczenie końcówek i całego emitera.

Gęstość prądu AEE pod wpływem ładunku kosmicznego wynosi (prawo Childe-Langmuira)

gdzie to współczynnik proporcjonalności określony przez geometrię i materiał katody.

Mówiąc najprościej, prawo Childe-Langmuira pokazuje, że gęstość prądu jest proporcjonalna (prawo trzech sekund).

Prąd emisji polowej przy koncentracji energii w mikroobjętościach katody do 104 J×m–1 i więcej (przy całkowitej energii 10 -8 J) może zainicjować jakościowo inny rodzaj emisji ze względu na eksplozja mikropunktów na katodzie (rys. 6.4).

W tym przypadku pojawia się prąd elektronowy, który przekracza początkowy prąd o rzędy wielkości - zauważony wybuchowa emisja elektronów (MALEŃKI). EEE został odkryty i zbadany w Tomskim Instytucie Politechnicznym w 1966 roku przez zespół pracowników kierowany przez G.A. Miesiące.

EEE jest jedynym rodzajem emisji elektronów, który umożliwia uzyskanie przepływów elektronów o mocy do 10 13 W przy gęstości prądu do 109 A/cm 2 .

	Ryż. 6,4	Ryż. 6,5

Prąd EEE ma niezwykłą strukturę. Składa się z oddzielnych porcji elektronów 10 11 ¸ 10 12 kawałków o charakterze lawin elektronowych, zwanych ektony(początkowe litery " centrum wybuchowe”) (rys. 6.5). Czas powstawania lawiny 10 -9 ¸ 10 -8 s.

Pojawienie się elektronów w ektonie jest spowodowane szybkim przegrzewaniem się mikrosekcji katodowych i jest w istocie rodzajem emisji termionowej. Istnienie ektonu przejawia się w tworzeniu krateru na powierzchni katody. Zaprzestanie emisji elektronów w ektonie wynika z ochłodzenia strefy emisji spowodowanej przewodnością cieplną, spadkiem gęstości prądu i parowaniem atomów.

Wybuchowa emisja elektronów i ektonów odgrywa zasadniczą rolę w iskrach i łukach próżniowych, w wyładowaniach niskociśnieniowych, w gazach sprężonych io dużej wytrzymałości, w mikroprzerwach, tj. gdzie na powierzchni katody występuje silne pole elektryczne.

Zjawisko wybuchowej emisji elektronów stało się podstawą do stworzenia impulsowych instalacji elektrofizycznych, takich jak wysokoprądowe akceleratory elektronów, potężne urządzenia pulsacyjne i rentgenowskie oraz potężne relatywistyczne generatory mikrofal. Na przykład, impulsowe akceleratory elektronów mają moc 10 13 W lub więcej przy czasie trwania impulsu 10 -10 ¸ 10 -6 s, prądzie elektronowym 106 A i energii elektronów 104 ¸ 107 eV. Takie wiązki są szeroko stosowane do badań fizyki plazmy, fizyki promieniowania i chemii, do pompowania laserów gazowych itp.

Emisja fotoelektroniczna

Emisja fotoelektroniczna (efekt fotoelektryczny) polega na „wybijaniu” elektronów z metalu pod działaniem na niego promieniowania elektromagnetycznego.

Układ instalacji do badania efektu fotoelektrycznego i CVC jest podobny do pokazanego na rysunku. 6.3. Tutaj zamiast nagrzewania katody kierowany jest na nią strumień fotonów lub kwantów γ (rys. 6.6).

Prawa efektu fotoelektrycznego są jeszcze bardziej niezgodne z teorią klasyczną niż w przypadku zimnej emisji. Z tego powodu przy omawianiu koncepcji kwantowych w optyce rozważymy teorię efektu fotoelektrycznego.

W urządzeniach fizycznych, które rejestrują promieniowanie γ, używają fotopowielacze (PMT). Schemat urządzenia pokazano na rysunku 6.7.

Wykorzystuje dwa efekty emisji: efekt fotoelektryczny oraz wtórna emisja elektronów, który polega na wybijaniu elektronów z metalu podczas bombardowania go innymi elektronami. Elektrony są wybijane przez światło z fotokatody ( FC). Przyspieszenie między FC i pierwszy emiter ( KS 1) zyskują wystarczającą ilość energii, aby wybić więcej elektronów z następnego emitera. Zatem namnażanie elektronów następuje na skutek wzrostu ich liczby podczas kolejnego przejścia różnicy potencjałów pomiędzy sąsiednimi emiterami. Ostatnia elektroda nazywana jest kolektorem. Zapisz prąd między ostatnim emiterem a kolektorem. W ten sposób, PMT służy jako wzmacniacz prądu, a ten ostatni jest proporcjonalny do promieniowania padającego na fotokatodę, która służy do oceny radioaktywności.

FIZYKA

Prawo zachowania ładunku. Prawo Coulomba. Stała dielektryczna substancji.

Prawo zachowania ładunku elektrycznego stwierdza, że ​​zachowana jest suma algebraiczna ładunków elektrycznie zamkniętego układu.

Prawo zachowania ładunku w postaci integralnej:

Tutaj Ω jest jakimś dowolnym obszarem w przestrzeni trójwymiarowej, jest granicą tego obszaru, ρ jest gęstością ładunku, jest gęstością prądu (gęstość strumienia ładunku elektrycznego) przez granicę.

Prawo zachowania ładunku w postaci różniczkowej:

Prawo zachowania ładunku w elektronice:

Reguły Kirchhoffa dla prądów wynikają bezpośrednio z prawa zachowania ładunku. Połączenie przewodników i komponentów radioelektronicznych jest reprezentowane jako system otwarty. Całkowity napływ ładunków do danego systemu jest równy całkowitej ilości ładunków z tego systemu. Reguły Kirchhoffa zakładają, że system elektroniczny nie może znacząco zmienić swojego całkowitego ładunku.

Prawo Coulomba. Moduł siły oddziaływania dwóch ładunków punktowych w próżni jest wprost proporcjonalny do iloczynu modułów tych ładunków i odwrotnie proporcjonalny do kwadratu odległości między nimi. gdzie jest siła, z jaką ładunek 1 działa na ładunek 2; q1,q2 - wielkość ładunków; - wektor promienia (wektor skierowany od ładunku 1 do ładunku 2 i równy w module odległości między ładunkami - r12); k - współczynnik proporcjonalności. Tak więc prawo wskazuje, że zarzuty o tej samej nazwie odpychają (a przeciwne się przyciągają).

Stała dielektryczna substancji. Wielkość fizyczna równa stosunkowi modułu zewnętrznego pola elektrycznego w próżni do modułu całkowitego pola w jednorodnym dielektryku nazywana jest przenikalnością substancji.

Pole elektryczne. Siła pola elektrycznego. Metoda superpozycji pól elektrycznych.

Pole elektryczne - jeden ze składników pola elektromagnetycznego; specjalny rodzaj materii, która istnieje wokół ciał lub cząstek, które mają ładunek elektryczny, a także w postaci swobodnej podczas zmiany pole magnetyczne(na przykład w falach elektromagnetycznych). Pole elektryczne jest bezpośrednio niewidoczne, ale można je zaobserwować ze względu na wpływ siły na naładowane ciała.

Siła pola elektrycznego - wektorowa wielkość fizyczna charakteryzująca pole elektryczne w danym punkcie i liczbowo równa stosunkowi siły działającej na ładunek próbny umieszczony w danym punkcie pola do wartości tego ładunku q: .

Metoda superpozycji pól elektrycznych. Jeżeli pole jest tworzone nie przez jeden ładunek, ale przez kilka, to siły działające na ładunek testowy są dodawane zgodnie z regułą dodawania wektorów. W związku z tym natężenie układu ładunków w danym punkcie pola jest równe sumie wektorowej natężeń pola z każdego ładunku z osobna.

Przepływ wektora natężenia pola elektrycznego. przemieszczenie elektryczne. Twierdzenie Ostrogradskiego-Gaussa.

natężenie pola elektrycznego na danej powierzchni

suma przepływów przez wszystkie obszary, na które podzielona jest powierzchnia

przemieszczenie elektryczne. Ze względu na różną polaryzowalność odmiennych dielektryków, natężenia pola w nich będą różne. Dlatego liczba linii siły w każdym dielektryku jest również inna.

Część linii wychodzących z ładunków otoczonych zamkniętą powierzchnią kończy się na granicy dielektrycznej i nie penetruje tej powierzchni. Trudność tę można wyeliminować, wprowadzając pod uwagę nową fizyczną charakterystykę pola - wektor przemieszczenia elektrycznego

Wektor jest skierowany w tym samym kierunku co. Pojęcie linii wektorowych i strumienia przemieszczeń, podobne do pojęcia linii sił i strumienia natężenia dN0= DdScos(α)

Formuła Ostrogradskiego - wzór wyrażający przepływ pola wektorowego przez zamkniętą powierzchnię przez całkę z dywergencji (o ile rozchodzą się przepływy przychodzące i wychodzące) tego pola po objętości ograniczonej tą powierzchnią: to znaczy, że całka z dywergencji pola wektorowego , rozłożona na pewnej objętości T, jest równa przepływowi wektora przez powierzchnię S, która ogranicza tę objętość.

Zastosowanie twierdzenia Gaussa do obliczania niektórych pól elektrycznych w próżni.

a) Pole nieskończenie długiej nici

moduł natężenia pola wytwarzanego przez równomiernie naładowane nieskończenie długie włókno w odległości R od niego,

b) pole równomiernie naładowanej nieskończonej płaszczyzny

Niech σ będzie gęstością ładunku powierzchniowego na płaszczyźnie

c) pole dwóch równomiernie naładowanych przeciwległych płaszczyzn

d) pole równomiernie naładowanej powierzchni kulistej

Potencjał pola elektrycznego. Potencjalna natura pól elektrycznych.

potencjał elektrostatyczny (patrz także potencjał kulombowski) - energia skalarna charakterystyczna dla pola elektrostatycznego, charakteryzująca energię potencjalną pola, które ma ładunek jednostkowy umieszczony w danym punkcie pola. Potencjał elektrostatyczny jest równy stosunkowi energii potencjalnej oddziaływania ładunku z polem do wartości tego ładunku: J / C

Potencjalna natura pól elektrycznych.

Oddziaływanie między ładunkami stałymi odbywa się za pomocą pola elektrostatycznego: to nie ładunki oddziałują, ale jeden ładunek w swoim położeniu oddziałuje z polem wytworzonym przez inny ładunek. To jest idea bliskiej interakcji – idea przenoszenia interakcji przez medium materialne, przez pole.

Pracuj nad ruchem ładunku w polu elektrycznym. Potencjalna różnica.

Nazywa się wielkość fizyczną równą stosunkowi energii potencjalnej ładunku elektrycznego w polu elektrostatycznym do wartości tego ładunku potencjał

Podczas przemieszczania ładunku testowego q w polu elektrycznym, siły elektryczne tworzą praca . Ta praca dla małego przemieszczenia jest równa

Natężenie pola elektrycznego jako gradient potencjału. powierzchnie ekwipotencjalne.

Pojemność gradientu jest równy przyrostowi potencjału, odniesionego do długości jednostki i mierzonego w kierunku, w którym przyrost ten ma największą wartość.

Powierzchnia ekwipotencjalna to powierzchnia, na której potencjał skalarny danego pola potencjału przyjmuje stałą wartość. Inną, równoważną definicją jest powierzchnia, w dowolnym punkcie prostopadła do linii pola sił.

Dipol w polu elektrycznym. Moment elektryczny dipola.

jednolite pole

Całkowity moment obrotowy będzie

niejednorodne pole zewnętrzne

i tutaj powstaje moment obrotowy obracający dipol wzdłuż pola (ryc. 4). Ale w tym przypadku na ładunki wpływają siły, które nie są tej samej wielkości, których wypadkowa jest różna od zera. W związku z tym dipol również posunie się do przodu, wciągnięty w obszar silniejszego pola

Moment elektryczny dipola

Rodzaje dielektryków. Polaryzacja dielektryków.

niepolarny dielektryk- substancja zawierająca cząsteczki z przeważającym wiązaniem kowalencyjnym.

dielektryk polarny- substancja zawierająca cząsteczki lub grupy dipolowe lub zawierająca jony jako część struktury.

ferroelektryk- substancja zawierająca regiony o polaryzacji spontanicznej.

Polaryzacja dielektryków - przemieszczenie dodatnich i ujemnych ładunków elektrycznych w dielektrykach w przeciwnych kierunkach.

Pole elektryczne w dielektryku. Wektor polaryzacji. Równanie pola w dielektryku.

W dielektryku obecność pole elektryczne nie zakłóca równowagi ładunków. Siła działająca na ładunki w dielektryku z pola elektrycznego jest równoważona siłami wewnątrzcząsteczkowymi, które utrzymują ładunki w cząsteczce dielektryka, dzięki czemu w dielektryku możliwa jest równowaga ładunków pomimo obecności pola elektrycznego.

Wektor polaryzacji elektrycznej jest momentem dipolowym na jednostkę objętości dielektryka.

Równanie pola w dielektryku

gdzie r jest gęstością wszystkich ładunków elektrycznych

Podatność dielektryczna materii. Jego związek ze stałą dielektryczną ośrodka.

Podatność dielektryczna materii - wielkość fizyczna, miara zdolności substancji do polaryzacji pod wpływem pola elektrycznego. Podatność dielektryczna χe - współczynnik liniowej zależności polaryzacji dielektryka P od zewnętrznego pola elektrycznego E w dostatecznie małych polach: W układzie SI: gdzie ε0 jest stałą elektryczną; iloczyn ε0χe nazywamy w układzie SI absolutną podatnością dielektryczną.

Ferroelektryki. Ich cechy. Efekt piezo.

ferroelektryki, dielektryki krystaliczne, które wykazują spontaniczną (spontaniczną) polaryzację w pewnym zakresie temperatur, która ulega znacznym zmianom pod wpływem wpływów zewnętrznych.

Efekt piezoelektryczny - efekt występowania polaryzacji dielektrycznej pod działaniem naprężeń mechanicznych

przewodniki w polu elektrycznym. Rozkład ładunków w przewodzie.

Ε = Evext - Evint = 0

Wprowadzamy płytkę przewodzącą w pole elektryczne, nazywamy to polem zewnętrznym .

W rezultacie na lewej powierzchni pojawi się ładunek ujemny, a na prawej ładunek dodatni. Pomiędzy tymi ładunkami powstanie pole elektryczne, które nazwiemy wewnętrznym. Wewnątrz płyty będą jednocześnie występować dwa pola elektryczne - zewnętrzne i wewnętrzne, przeciwne do kierunku.

Pojemność elektryczna przewodników. Kondensator. Podłączenie kondensatorów.

Pojemność elektryczna - wielkość fizyczna liczbowo równa ładunkowi, który musi być przekazany danemu przewodnikowi, aby zwiększyć jego potencjał o jeden.

Kondensator - urządzenie do akumulacji ładunku i energii pola elektrycznego.

połączone równolegle

połączone szeregowo

Energia naładowanego przewodnika, kondensatora. Energia pola elektrycznego. Objętościowa gęstość energii pola elektrycznego.

Energia naładowanego przewodnika jest równa pracy, którą należy wykonać, aby naładować tego przewodnika:

Energia naładowanego kondensatora

Energia pola elektrostatycznego

Objętościowa gęstość energii pola elektrostatycznego

16. Siła i gęstość pola elektrycznego. EMF. Napięcie.

Aktualna siła - skalarna wielkość fizyczna, określona przez stosunek ładunku Δq przechodzącego przez przekrój przewodu przez pewien okres czasu Δt, do tego okresu czasu.

Gęstość prądu j jest wektorową wielkością fizyczną, której moduł jest określony przez stosunek natężenia prądu I w przewodzie do pola przekroju poprzecznego S przewodu.

Siła elektromotoryczna (EMF) - wielkość fizyczna charakteryzująca pracę sił zewnętrznych (niepotencjalnych) w źródłach prądu stałego lub przemiennego. W zamkniętym obwodzie przewodzącym siła elektromotoryczna jest równa pracy tych sił w przemieszczaniu pojedynczego ładunku dodatniego wzdłuż obwodu.

Napięcie elektryczne - wielkość fizyczna, której wartość jest równa stosunkowi pracy pola elektrycznego wykonanej podczas przenoszenia badanego ładunku elektrycznego z punktu A do punktu B, do wartości badanego ładunku.

17. Prawo Ohma dla jednorodnej części łańcucha. Prawo Ohma dla odcinka niejednorodnego w postaci całkowej. Prawo Ohma dla pełnego obwodu.

prąd I w jednorodnym przewodniku metalowym jest wprost proporcjonalna do napięcia U na końcach tego przewodnika i odwrotnie proporcjonalna do rezystancji R tego przewodnika

Prawo Ohma dla niejednorodnego odcinka obwodu w postaci całkowej IR = (φ1 - φ2) + E12

Prawo Ohma dla pełnego obwodu :

18. Forma różniczkowa prawa Ohma.

j-gęstość prądu, σ - przewodność elektryczna substancji, z której wykonany jest przewodnik Est-pole sił zewnętrznych

19. Prawo Joule'a-Lenza w postaci całkowej i różniczkowej.

w postaci różniczkowej:

gęstość mocy cieplnej -

w formie integralnej:

20. Elementy nieliniowe. Metody obliczeniowe z elementami nieliniowymi. Zasada Kirchhoffa.

nieliniowy nazywa się obwody elektryczne, w których reakcje i efekty są połączone nieliniowo.

Prosta metoda iteracji

1. Początkowe równanie nieliniowe obwodu elektrycznego, gdzie jest pożądaną zmienną, jest reprezentowane jako .

2. Algorytm jest obliczany gdzie

Krok iteracji. Zależności liniowe

Oto określony błąd

Pierwsza zasada Kirchhoffa:

suma algebraiczna natężeń prądów zbiegających się w węźle jest równa zero

Druga zasada Kirchhoffa:

w dowolnym prostym obwodzie zamkniętym, arbitralnie wybranym w rozgałęzionym obwodzie elektrycznym, suma algebraiczna iloczynów natężenia prądu i rezystancji odpowiednich sekcji jest równa sumie algebraicznej pola elektromagnetycznego obecnego w obwodzie

21. Prąd w próżni. Zjawiska emisji i ich zastosowania techniczne.

Próżnia to stan gazu w naczyniu, w którym cząsteczki przelatują od jednej ściany naczynia do drugiej, nigdy nie zderzając się ze sobą.

Izolator próżniowy, prąd w nim może powstać tylko z powodu sztucznego wprowadzania naładowanych cząstek, do tego wykorzystuje się emisję (emisja) elektronów przez substancje. W lampach próżniowych z żarzonymi katodami występuje emisja termionowa, aw fotodiodzie występuje emisja fotoelektroniczna.

Emisja termionowa to emisja elektronów z rozgrzanych metali. Stężenie wolnych elektronów w metalach jest dość wysokie, dlatego nawet w średnich temperaturach, ze względu na rozkład elektronów pod względem prędkości (pod względem energii), niektóre elektrony mają wystarczającą energię, aby pokonać barierę potencjału na granicy metalu. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta liczba elektronów, których energia kinetyczna ruchu termicznego jest większa od funkcji pracy i zauważalne staje się zjawisko emisji termoelektrycznej.

Zjawisko emisji termoelektronowej wykorzystywane jest w urządzeniach, w których konieczne jest uzyskanie przepływu elektronów w próżni, np. w lampach elektronowych, lampach rentgenowskich, mikroskopach elektronowych itp. Lampy elektronowe znajdują szerokie zastosowanie w elektrotechnice i radiu inżynieria, automatyka i telemechanika do prostowania prądów przemiennych, wzmacniania sygnałów elektrycznych i prądów przemiennych, generowania oscylacji elektromagnetycznych itp. W zależności od przeznaczenia w lampach stosuje się dodatkowe elektrody sterujące.

Emisja fotoelektroniczna - jest to emisja elektronów z metalu pod działaniem światła, a także krótkofalowego promieniowania elektromagnetycznego (na przykład promieni rentgenowskich). Główne prawidłowości tego zjawiska zostaną przeanalizowane przy rozpatrywaniu efektu fotoelektrycznego.

Wtórna emisja elektronów - jest to emisja elektronów przez powierzchnię metali, półprzewodników lub dielektryków podczas bombardowania wiązką elektronów. Przepływ elektronów wtórnych składa się z elektronów odbitych od powierzchni (elektrony odbite sprężyście i nieelastycznie) oraz „prawdziwych” elektronów wtórnych – elektronów wybitych z metalu, półprzewodnika lub dielektryka przez elektrony pierwotne.

Zjawisko wtórnej emisji elektronów jest wykorzystywane w fotopowielaczach.

Emisja polowa - jest to emisja elektronów z powierzchni metali pod wpływem silnego zewnętrznego pola elektrycznego. Zjawiska te można zaobserwować w próżniowej rurce.

22. Prąd w gazach. Niezależne i niezależne przewodnictwo gazów. CVC prądu w gazach. Rodzaje wyładowań i ich techniczne zastosowanie.

W normalnych warunkach gazy są dielektrykami, ponieważ. składają się z neutralnych atomów i cząsteczek i nie mają wystarczającej liczby wolnych ładunków. Aby gaz przewodził, konieczne jest w ten czy inny sposób wprowadzenie do niego lub wytworzenie w nim nośników ładunków swobodnych - naładowanych cząstek. W tym przypadku możliwe są dwa przypadki: albo te naładowane cząstki powstają w wyniku działania jakiegoś czynnika zewnętrznego, albo są wprowadzane do gazu z zewnątrz, albo powstają w gazie w wyniku działania samego pola elektrycznego, które istnieje między elektrody. W pierwszym przypadku przewodnictwo gazu nazywa się niesamowystarczalnym, w drugim - samowystarczalnym.

Charakterystyka prądowo-napięciowa (VAC ) jest wykresem zależności prądu płynącego przez sieć z dwoma zaciskami od napięcia w tej sieci z dwoma zaciskami. Charakterystyka prądowo-napięciowa opisuje zachowanie sieci dwuzaciskowej przy prądzie stałym.

wyładowanie jarzeniowe obserwowane przy niskim ciśnieniu gazu. Stosowany do napylania katodowego metali.

wyładowanie iskrowe , często obserwowany w przyrodzie, to błyskawica. Zasada działania woltomierza iskrowego - urządzenia do pomiaru bardzo wysokich napięć.

wyładowanie łukowe można zaobserwować w następujących warunkach: jeżeli po zapłonie wyładowania iskry rezystancja obwodu jest stopniowo zmniejszana, to prąd w iskrze wzrośnie. Łuk elektryczny jest potężnym źródłem światła i jest szeroko stosowany w instalacjach projekcyjnych, reflektorowych i innych instalacjach oświetleniowych. Ze względu na wysoką temperaturę łuk jest szeroko stosowany do spawania i cięcia metali. Wysoka temperatura łuku jest również wykorzystywana do budowy elektrycznych pieców łukowych, które odgrywają ważną rolę we współczesnej elektrometalurgii.

wyładowanie koronowe obserwowane przy stosunkowo wysokich ciśnieniach gazu (na przykład pod ciśnieniem atmosferycznym) w silnie niejednorodnym polu elektrycznym. Stosowany jest w inżynierii do instalacji elektrofiltrów przeznaczonych do oczyszczania gazów przemysłowych z zanieczyszczeń stałych i ciekłych.

23. Pole magnetyczne. Indukcja magnetyczna. Oddziaływanie magnetyczne prądów.

Pole magnetyczne - pole siłowe działające na poruszające się ładunki elektryczne oraz na ciała z momentem magnetycznym, niezależnie od stanu ich ruchu, składową magnetyczną pola elektromagnetycznego.

Indukcja magnetyczna - wielkość wektorowa, czyli siła charakterystyczna dla pola magnetycznego (jego działanie na naładowane cząstki) w danym punkcie przestrzeni. Określa siłę, z jaką pole magnetyczne działa na ładunek poruszający się z dużą prędkością.

Oddziaływanie prądów jest spowodowane ich polami magnetycznymi: pole magnetyczne jednego prądu oddziałuje siłą Ampera na inny prąd i odwrotnie.

24. Moment magnetyczny prądu kołowego. Prawo Ampera.

Moment magnetyczny prądu kołowego natężenie prądu I płynącego wzdłuż cewki, obszar S przepływający przez prąd oraz orientację cewki w przestrzeni, określoną przez kierunek wersora normalnej do płaszczyzny cewki.

Prawo Ampère'a prawo mechanicznego (ponderomotorycznego) oddziaływania dwóch prądów płynących w małych odcinkach przewodników znajdujących się w pewnej odległości od siebie.

25. Prawo Biota-Savarta-Laplace'a i jego zastosowanie do obliczania niektórych pól magnetycznych:

A) pole magnetyczne przewodnika przewodzącego prąd stały.

B) pole prądu kołowego w środku prądu kołowego.

Prawo Biota-Savarta-Laplace'a dla przewodnika z prądem I, którego element dl tworzy indukcję pola dB w pewnym punkcie A, jest zapisany jako gdzie dl jest wektorem, modulo równym długości dl elementu przewodnika i pokrywającym się w kierunku z prądem, r jest wektorem promienia ciągnącego się od elementu dl przewodnika do punktu A pola, r jest modułem wektor promienia r.

indukcja magnetyczna pola prądu stałego

indukcja magnetyczna pola w środku przewodnika kołowego z prądem

26. Obieg indukcji magnetycznej. Wirowa natura prądu magnetycznego. Prawo całkowitego prądu w próżni (twierdzenie o cyrkulacji wektora indukcyjnego).

Obieg indukcji magnetycznej gdzie dl jest wektorem elementarnej długości konturu, która przebiega wzdłuż obejścia konturu, Bl=Bcosα jest składową wektora B w kierunku stycznej do konturu (uwzględniając wybór kierunku obejścia konturu), α jest kątem między wektorami B i dl.

Wirowa natura pola magnetycznego.

Linie indukcji magnetycznej są ciągłe: nie mają początku ani końca. Tak jest w przypadku każdego pola magnetycznego wywołanego przez dowolny rodzaj obwodów prądowych. Pola wektorowe z liniami ciągłymi nazywane są polami wirowymi. Widzimy, że pole magnetyczne jest polem wirowym. Jest to zasadnicza różnica między polem magnetycznym a polem elektrostatycznym.

Całkowite prawo prądu dla pola magnetycznego w próżni (twierdzenie o cyrkulacji wektora B): cyrkulacja wektora B wzdłuż dowolnego obwodu zamkniętego jest równa iloczynowi stałej magnetycznej μ0 i sumy algebraicznej prądów objętych przez ten obwód:

27. Zastosowanie całkowitego prawa prądowego do obliczania pola magnetycznego elektromagnesu.

Obwód magnetyczny pierścienia

1 i pokrywają się, stąd α = 0;

2 wartość Hx jest taka sama we wszystkich punktach konturu;

3 suma prądów przenikających obwód jest równa IW.

[Jestem],

gdzie Lx jest długością konturu, wzdłuż którego przeprowadzono integrację;

rx to promień okręgu.

Wektor wewnątrz pierścienia zależy od odległości rx. Jeśli α jest szerokością pierścienia

mieć = IW/L,

gdzie L jest długością środkowej linii magnetycznej.

28. Strumień magnetyczny. Twierdzenie Gaussa o strumieniu wektora indukcji magnetycznej.

strumień magnetyczny - strumień jako całka wektora indukcji magnetycznej przez powierzchnię skończoną. Zdefiniowane przez całkę po powierzchni

Zgodnie z twierdzeniem Gaussa o indukcji magnetycznej strumień wektora indukcji magnetycznej przez dowolną zamkniętą powierzchnię wynosi zero:

29. Praca nad poruszaniem przewodnika i obwodu z prądem w polu magnetycznym.

praca nad poruszaniem zamkniętej pętli z prądem w polu magnetycznym jest równy iloczynowi natężenia prądu w obwodzie i zmiany strumienia magnetycznego sprzężonego z obwodem.

30. Siła Lorentza. Ruch naładowanych cząstek w polu magnetycznym. Akceleratory cząstek naładowanych w polu magnetycznym.

Siła Lorentza - siła, z jaką pole elektromagnetyczne działa na cząstkę naładowaną punktowo. prędkość cząstek v

. Ruch naładowanych cząstek w polu magnetycznym

W sercu akceleratora określone jest oddziaływanie naładowanych cząstek z polami elektrycznymi i magnetycznymi. Pole elektryczne może bezpośrednio wykonywać pracę na cząstce, czyli zwiększać jej energię. Pole magnetyczne, tworzące siłę Lorentza, tylko odchyla cząstkę bez zmiany jej energii i wyznacza orbitę, po której poruszają się cząstki.

31. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Prawo Faradaya. Zasada Lenza.

Indukcja elektromagnetyczna - zjawisko występowania prądu elektrycznego w obwodzie zamkniętym ze zmianą przechodzącego przez niego strumienia magnetycznego.

Prawo Faradaya

Zasada Lenza , zasada wyznaczania kierunku prądu indukcyjnego: Prąd indukcyjny występujący, gdy względny ruch obwodu przewodzącego i źródła pola magnetycznego ma zawsze taki kierunek, że własny strumień magnetyczny kompensuje zmiany zewnętrznego strumienia magnetycznego który spowodował ten prąd.

32. Indukcja pola elektromagnetycznego. Prawo indukcji elektromagnetycznej.

Siła elektromotoryczna (EMF) - wielkość fizyczna charakteryzująca pracę sił zewnętrznych (niepotencjalnych) w źródłach prądu stałego lub przemiennego. W zamkniętym obwodzie przewodzącym siła elektromotoryczna jest równa pracy tych sił w przemieszczaniu pojedynczego ładunku dodatniego wzdłuż obwodu.

EMF można wyrazić w postaci natężenia pola elektrycznego sił zewnętrznych (Eex). W zamkniętej pętli (L) pole elektromagnetyczne będzie równe: , gdzie dl jest elementem długości konturu.

Prawo indukcji elektromagnetycznej E-mail prąd w obwodzie jest możliwy, jeśli siły zewnętrzne działają na wolne ładunki przewodnika. Praca tych sił, aby przenieść pojedynczy ładunek dodatni wzdłuż zamkniętej pętli, nazywa się EMF. Gdy strumień magnetyczny zmienia się przez powierzchnię ograniczoną konturem, w obwodzie pojawiają się siły zewnętrzne, których działanie charakteryzuje się indukcyjnym polem elektromagnetycznym.

33. Samoindukcja. Indukcyjność.

samoindukcja - wzbudzenie siły elektromotorycznej indukcji (sem) w obwodzie elektrycznym, gdy zmienia się prąd elektryczny w tym obwodzie; szczególny przypadek Indukcja elektromagnetyczna. Siła elektromotoryczna samoindukcji jest wprost proporcjonalna do szybkości zmian prądu

Indukcyjność (z łac. inductio - przewodnictwo, motywacja), wielkość fizyczna charakteryzująca właściwości magnetyczne obwodu elektrycznego. Prąd płynący w obwodzie przewodzącym wytwarza pole magnetyczne w otaczającej przestrzeni, a strumień magnetyczny Ф przenikający obwód (związany z nim) jest wprost proporcjonalny do natężenia prądu I:

34. Zjawisko wzajemnej indukcji. Współczynnik indukcji wzajemnej.

Zjawisko wzajemnej indukcji nazywany indukcją pola elektromagnetycznego w jednym obwodzie, gdy prąd zmienia się w innym.

F21 = M21I1 Współczynnik M21 nazywa się indukcyjność wzajemna drugi obwód, w zależności od pierwszego.

35. Energia pola magnetycznego. Gęstość energii pola magnetycznego.

Energia pola magnetycznego

Gęstość energii pola magnetycznego (siła H pola magnetycznego).

36. Magnetyczne właściwości materii. Magnetyzacja materii. Twierdzenie Gaussa o indukcji pola magnetycznego.

Za pomocą właściwości magnetyczne Wszystkie substancje można podzielić na trzy klasy:

substancje o wyraźnych właściwościach magnetycznych - ferromagnetyczne; ich pole magnetyczne jest zauważalne ze znacznych odległości

paramagnetyczny; ich właściwości magnetyczne są generalnie podobne do właściwości ferromagnetycznych, ale znacznie słabsze

substancje diamagnetyczne - są odpychane przez elektromagnes, tj. siła działająca na diamagnesy jest skierowana przeciwnie do siły działającej na ferro- i paramagnesy.

namagnesowanie materii

Twierdzenie Gaussa o indukcji magnetycznej

Strumień wektora indukcji magnetycznej przez dowolną zamkniętą powierzchnię wynosi zero:

lub w formie różniczkowej:

Jest to równoznaczne z faktem, że w przyrodzie nie ma „ładunków magnetycznych” (monopolów), które tworzyłyby pole magnetyczne, tak jak ładunki elektryczne wytwarzają pole elektryczne. Innymi słowy, twierdzenie Gaussa o indukcji magnetycznej pokazuje, że pole magnetyczne jest (w pełni) wirowe.

37. Siła pola magnetycznego. Twierdzenie o cyrkulacji wektora natężenia pola magnetycznego.

Siła pola magnetycznego - (standardowy zapis H) jest wektorową wielkością fizyczną równą różnicy między wektorem indukcji magnetycznej B a wektorem namagnesowania M.

, gdzie μ0 jest stałą magnetyczną

Twierdzenie o cyrkulacji wektora natężenia pola magnetycznego:

Cyrkulacja pola magnetycznego prądów stałych w dowolnym obwodzie zamkniętym jest proporcjonalna do sumy natężeń prądów przenikających obwód cyrkulacji.

38. Prawo prądu całkowitego w materii.

całkowite obecne prawo : Cyrkulacja wektora natężenia pola magnetycznego w dowolnej zamkniętej pętli L jest równa sumie algebraicznej makroprądów objętych pętlą.

39. Podatność magnetyczna i przenikalność magnetyczna materii.

Przepuszczalność magnetyczna to wielkość fizyczna charakteryzująca zależność pomiędzy indukcją magnetyczną B a natężeniem pola magnetycznego H w substancji.

40. Dia-, para- i feromagnesy.

CM. №36

41. Drgania elektromagnetyczne w obwodzie oscylacyjnym. Wzór Thomsona.

Częstotliwość rezonansowa obwodu jest określona przez tak zwaną formułę Thomsona

Wzór Thomsona

42. Równanie Maxwella w postaci całkowej.

Korzystając ze wzorów Ostrogradskiego-Gaussa i Stokesa, równaniom różniczkowym Maxwella można nadać postać równań całkowych:

Prawo Gaussa

Prawo Gaussa dla pola magnetycznego

Prawo indukcji Faradaya