physics_saveliev_2 (535939), страница 44
Текст из файла (страница 44)
нли двойной диод, собранный в одном баллоне, можно осуществить двухполупериодное выпрямленпе. Соответствующая схема изображена на рис. 159. Первичная обмотка трансформатора пи. тается переменным током. Вторичных обмоток две.
Меньшая служит для накала катода. Ббльшая обмотка имеет средний вывод, который через на. грузку Й соединен с катодом. Концы обмотки идут к анодам, Одну половину периода под более высоким потенциалом, чем катод, нахо- Рис, 159 дится один анод, вторую половину — другой. В результате через нагрузку течет ток, изображенный графически на рис. 160. Такой пульсирующий ток можно сгладить.
Если между катодом и анодом поместить третий элек. трод в виде сетки, получится трехэлектродная лампа— триод (рис. 161; цепь накала на схеме опущена). Сетка может быть выполнена, например, в виде спирали, обвиваю- Ряс, !бо. Ркс. 1б1. щейся вокруг катода, Если сообщить сетке небольшой положительный потенциал по отношению к катоду (в этом случае напряжение (у, между сеткой и катодом мы будем считать положительным), электроны будут быстрее отсасываться от катода.
Некоторые из них попадут на сетку (в результате чего возникнет небольшой СЕтОЧНЫй тОК 1с), НО ОСНОВНаЯ ЧаСтЬ ПРОЛЕтИт СКВОЗЬ СЕт- ку и достигнет анода. Из-за близости сетки к катоду небольшие изменения напряжения между сегкой и,катодом оказывают большое влияние на силу анодного тока, Отрицательное сеточное напряжение У, уменьшает анодный ток и при достаточно большом отрицательном напряжении (!, ток прекращается полностью — лампа оказывается запертой. Если построить зависимость вводного тока г, от сеточного напряжения (7, при постоянном анодном напряжении У„получается кривая, Рис. 162.
изображенная на рпс. !62. Совокупность таких кривых, построенных для разных значений ('„образует семейство се т о ч н ы х х а р а к те р н с т и к триода. Величина и!~с (75.2) называется крутизной х ар акте р ис ти ки. Значительная часть характеристики прямолинейна. Подавая на сетку небольшое синусоидальное напряжение б„можно получить большие сннусондальные изменения анодного тока.
При этом с сопротивления (т может быть снято переменное напряжение с гораздо большей амплитудой, чем амплитуда У,. На этом основано действие триода как усилителя. Кроме того, триод может быть использован для преобразования (нзменения формы) и генерирования (возбуждения) переменных токов и напряжений. !8 н. в, савельев, и н Для улучшения характеристик электронной лампы в нее вводятся дополнительные электроды — сетки. Четы.
рехэлектродная лампа называется тетродом, пятиэлектродная — пентодом и т. д. Широкое применение получили также лампы, в которых в одном баллоне совмещены две системы электродов. Каждая такая лампа выполняет функции двух ламп. 5 76. Контактная разность потенциалов Если привести два разных металла в соприкосновение, между ними возникнет разность потенциалов, которая называется к о н т а к т н о й. Прн этом в окружающем металлы пространстве появляется электрическое поле. На рис. 163 изображены эквипотенциальные поверхности (сплошные линии) и линии напряженности (пунктнрные) этого поля; поверхность ! Р каждого из металлов является эквипотенциальной.
Контактная разность потенциалов вызывается. тем, что при соприкосновенин металлов часть электронов из одного металла переходит в другой, В верхней части рис. Рис. !63. 164 изображены два ме- талла — слева до приведения их в соприкосновение, справа — после. В нижней части рисунка дан график потенциальной энергии электрона. Уровень Ферми в первом металле лежит по предположению выше, чем во втором. Естественно, что при возникновении контакта между металлами электроны с самых высоких уровней в первом металле станут переходить на более низкие свободные уровни второго металла. В результате потенциал первого металла возрастет, а второго — уменьшится.
Соответственно потенциальная энергия электрона в первом металле уменьшится, а во втором увеличится (напомним, что потенциал металла и потенциальная энергия электрона в ием имеют разные знаки; см. рис. !52), В статистической физике доказывается, что условием равновесия между соприкасающимися металлами (а также между полупроводниками -или металлом и полупроводником) является равенство полных энергий, соответствующих уровням Ферми (рис. 164; в этом случае уровни Ферми располагаются на одинаковой высоте). При г г г Рис !аь соблюдении такого условия потенциальная энергия электрона в непосредственной близости к поверхности первого металла будет на (ея~з — еяч) меньше, чем вблизи второго металла. Следовательно, потенциал на поверхности первого металла будет на евра — е<р, (7м = = чт — т (76.1) выше, чем на поверхности второго.
Величина Ум и есть контактная разность потенциалов между первым и вто. рым металлами. Как видно из формулы (?6.1), контактная разность потенциалов между первым и вторым металлами равна разности работ выхода для второго и первого металлов, деленной на элементарный заряд, или просто разности потенциалов выхода для второго и первого металлов. Разность потенциалов (76.! ) устанавливается между точками, лежащими вне металлов в непосредственной близости к их поверхности. Поэтому ее называют внешней контактной разностью потенциалов. Чаще же говорят просто о контактной разности потенци алов, подразумевая под ней внешнюю. Между внут. ренними точками металлов также имеется разность потенциалов, которая называется в н у т р е н н е й. Как видно из рис. !64, потенциальная энергия электрона в первом металле меньше, чем во втором, па ))у„г — гггрь Соответственно потенциал внутри первого металла выше, чем внутри второго на величину агш ига и„= Выражение (76.2) дает внутреннюю контактную разность потенциалов.
На такую величину убывает потенциал при переходе из первого металла во второй. л с г Рис. !65 На рис. )65 изображены два соприкасающихся металла 1 и 2 и рядом — изменение потенциала вдоль контура, обозначенного штрихпунктирной линией. В зазоре  — С возникает электрическое поле, линии напряженности которого показаны пуктиром. У На рис. !66 дан ход потенциальной энергии электрона вдоль трех различных соприкасающихся друг с другом металлов 1, 2, 3. Из рисунка видно, что усТанавливаюРис. !66. щаяся между металлами 1 и 3 разность потенциалов оказывается в этом случае точно такой, как и при их непосредственном соприкосновении'). То же самое справедливо при любом числе промежуточных звеньев: раз- ') Сами потенциалы лри этом могут изменигьсн, В частности, может случитьса, что оба крайние металла будут иметь аотеггцнал одного знака. 276 ность потенциалов между концами цепи определяется разностью работ выхода для металлов, образующих крайние звенья цепи. Внешняя контактная разность потенциалов колеблется для различных пар металлов от нескольких десятых вольта до нескольких вольт.
Контактная разность потенциалов возникает и на границе между металлом и полупроводником, а также на границе между двумя полупроводниками. В заключение отметим, что в замкнутой цепи, со- 1 ставленной из любого числа / разнородных металлов или ! полупроводников (рис. 167), / сумма скачков потенциала равна нулю. Следовательно, Ю если все спаи поддерживать прн одинаковой температу- р ре, э. д. с, в цепи возник- В ь" путь не может.
Возникновс- А — — — Г " ~, г — 4 нне тока в такой цепи про- вис !вг тиворечило бы второму началу термодинамики. Действительно, так как протекание тока в металлах и полупроводниках не сопровождается химическими изменениями, ток совершал бы работу за счет тепла, получаемого от окружающей цепь среды, Никаких побочных процессов (например, передачи части полученного тепла другим телам) прн этом не происходило бы.
Таким образом был бы осуществлен перпетуум мобиле второго рода. в 77. Термоэлектрические явления Между тепловымн н электрическими процессами в металлах (а также и в полупроводниках) существует определенная взаимосвязь, которая обусловливает ряд явлений, называемых термоэлектрическими: явление Зеебека, явление Пельтье и явление Томсона. Явление Зеебека.
Зеебек обнаружил в 1821 г., что если спан ! и 2 двух разнородных металлов, образующих замкнутую цепь (рнс. 168), поддерживать при различных температурах, то в цепи течет ток. Изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением направления тока. Термоэлектродвижущая сила (сокращенно термоэ. д. с.) обусловлена двумя причинами, Как отмечалось / в $ 71, уровень Ферми зависит от температуры '). Поэтому скачок потенциала при переходе из одного металла в другой (внутренняя контактная разность потенциалов, см. формулу (76.2)] для спаев, находя. щихся при разных температурах, 2з неодинаков и сумма скачков потенциала для всей цепи отлична от г нуля. Одного этого было бы достаРис.
168, точно для возникновения действую- щей в указанном на рис. (66 стрел. кой направлении э. д. с., равной ~„,„,= (7л,(Т,)+и;„(Тх)= 1 — ([й' РА(Т!) ((~ РВ (71)] + ]) РВ (72) )(' РА(Т2)]) 1 = — ((юРВ(те) - и РВ(т)] -](у7Рл(тх) - (р Рл(Т)]). Последнее выражение можно представить следующим образом: г т, т„.,м= ~( — , '— '„")ат — Д вЂ” ' — "„,'") 2Т.
(77.1) г, г Чтобы понять, вторую причину возникновения термоэ. д. с,, рассмотрим однородный металлический проводник, вдоль. которого имеется градиент температуры (рис. 169). В этом случае концентрация электронов с более высокой энергией (с (т' > В'Р) у нагретого Нонна будет больше, чем у холодного; концентрация электронов с более низкой энергией (с й7 ( Ж'Р) будет, наобо- ') Лли металлов при невысоких температурах (когда йгм.пгло) зта зависимость имеет вид Р Ро~ 12~~ )~ где Вг — уровень Ферми прп О' К.
рот, у нагретого конца меньше. Вдоль проводника возникает градиент концентрации электронов с данным значением энергии, что повлечет за собой диффузию более быстрых электронов к холодному концу, а более медленных — к теплому. Диффузионный поток быстрых электронов будет больше, чем поток медленных электронов, Поэтому вблизи холодного конца образуется избыток электро- 6~ Й е 7) нов, а вблизи горячего — их недостаток. В результате внутри проводника возникнет электрическое поле, направленное навстречу гради- ,:,,:.::.,'';:.'::':"'::,".".' '," и) енту температуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
