yavor1 (553178), страница 98
Текст из файла (страница 98)
Наконец, так же как над поверхностью жидкости образуется насыщенный пар, так и вокруг катода образуется электронное облако. 4. С помощью термоэлектронной эмиссии может быть решена проблема прямого преобразования внутренней энергии нагретых 471 тел в энергию электрического тока.
На этом принципе работает ядерная установка «Топаз», разработанная в 1970 — 197! гг. в Советском Союзе. «Топаз» вЂ” это малогабаритный ядерный реактор на уране (Я 82.9, 82.10) с тепловой мощностью около 150 кВт. В массивном замедлителе из гидрида циркония прорезаются сквозные электрогенерирующие каналы в виде гирлянды из пяти электрогенерирующих элементов. В центре каждого элемента расположен цилиндрик из урана, покрытый герметической оболочкой из молибденового сплава.
Зтот стержень и служит катодом. Анодом служит цилиндр, отделенный от катода зазором в несколько долей миллиметра. За счет тепла, выделяющегося при ядерной реакции в уране, поверхность катода разогревается до высокой температуры. Поток электронов, эмиттироваиных с поверхности катода, улавливается анодом. Во внешней нагрузке ток течет за счет разности потенциалов, возникающей между катодом и анодом. В отличие от «Ромашки» Я 44.8) реактор «Топаз» значительно мощнее Уже в экспериментальных установках в течение 1000 часов получена мощность от 5 до 10 кВт.
По-видимому, в скором времени установки данного типа смогут войти в повседневную практику, наряду с другими типами маломощных атомных электростанции. 9 47.2. Диод и его характеристика 1. Лампа, рассмотренная в предыдущем параграфе, называется деухэлентродной электронной лампой или, короче, диодом. Применяются лампы с прямым и косвенным накалом. В лампах с прямым накалом нить накала из вольфрама служит одновременно катодом. Для получения значительной эмиссии нить нагревают до температуры 2000 — 2500 К. В лампах с косвенным накалом катод представляет собой никеРис 47 3.
Рис 47 4 левую трубочку, покрытую слоем окиси бария, стронция или кальция. Работа выхода с поверхности такого катода в несколько раз меньше, чем с вольфрама. Зто позволяет снизить температуру накала до 1000 К. Подогрев катода обеспечивается небольшой спиралью, помещенной внутрь трубочки (рис. 47.3, а). На схемах лампа с косвенным накалом изображается, ьак показано иа рис. 47.3, б. 472 2. Соберем цепь, изображенную на рис. 47.4. Резистор включен в схему так, что, перемещая скользящий контакт, можно менять потенциал анода от нуля (нижнее положение контакта) до напряжения на полюсах батареи анода.
Резистор, включенный по этой схеме, называется потенццометром. Переключатель 77 позволяет получить на аноде либо положительный потенциал относительно катода (в положении, изображенном на г схеме), либо отрицательный, если перебросить контакты вверх Меняя плавно потенциал анода и регистрируя каждый раз величину анод- ного потенциала и тока, получим значения функции, выражающей зависимость тока от потенциала. График этой функции называется еольтамиерной характеристикой диода. На рис 47 5 изображены три характеристики, снять,е при разных температурах катода. 3.
Прежде всего бросается в глаза не- (е„а Рис 47 5 (47 !) где  — некоторая константа, зависящая от размеров и формы электродов. Этот закон, полученный С А. Богуславским и И. Ленгмюром, мы приведем без вывода. 4. Начиная с потенциала ~р„ток перестает зависеть от потенциала анода, но зависит от температуры катода. Этот ток Г, назыВается током насыи4ения, его величину можно вычислить из следующих соображений Максимальная плотность тока в лампе равна произведению заряда электрона на число электронов, ежесекундно вылетающих с единицы поверхности катода, т. е.
!,=еО, (47.2) 473 линейность характеристики. Это значит, хь что изменения тока не пропорциональны изменению потенциала анода, иными словами, что здесь закон Ома не выполняется. Причина заключается в следующем. Как известно (39 18), плотность тока /=ело. В металлах и электролитах концентрация свободных зарядов (электронов или ионов) не зависит от тока, а средняя скорость движения зарядов пропорциональна напряженности поля. Отсюда и следует закон Ома (5 44.4). Совершенно иначе обстоит дело в электронной лампе. Благодаря наличию вокруг катода электронного облака зависимость скорости зарядов от напряженности поля оказывается более сложной, и с ростом тока концентрация зарядов в электронном облаке уменьшается. В результате оказывается, что зависимость тока от потенциала на нарастающем участке характеристики выражается «законом трех вторыхгк где Π— скорость испарения.
Для ее вычисления мы можем воспользоваться формулой (35.4). При этом следует учесть, что для электронного газа согласно квантовомеханическим представлениям а =2, Подставив в (47.2), получим формулу Ричардсона — Дешмана: (,=-ВТ'е А мг, (47.3) где Ас — работа выхода электрона (5 44.9), Т вЂ” температура металла,  — некоторая постоянная, зависящая от рода металла, из которого изготовлен катод.
5. Если подать на анод отрицательный относительно катода потенциал ~р„ то лампа запирается — анодный ток равен нулю. Это значит, что кинетической энергии электронов уже недостаточно, чтобы преодолеть действие поля, отталкивающего их от анода: (47.4) '!,гпо' < е~р,. Измерив запирающий потенциал ~р„можно определить максимальную кинетическую энергию (и скорость) электронов, покидающих катод. 3 47.3. Триод и его характеристика 1. Для того чтобы управлять электронным током в лампе, в нее вводится третий электрод — сетка. Лампа с сеткой называется трехэлекгпродной электронной лампой или, короче, триодом. Сетка имеет вид проволочной спирали, помещенной между катодом и Рис.
47.7. Рас. 47.Б. анодом (рис. 47.6, а). На схеме триод с подогревным катодом изображается, как показано на рис. 4?.6, б. Все величины, относящиеся к сетке, отмечаются индексом я (англ. дгЫ вЂ” сетка). Соберем цепь по схеме рис. 47.7. Здесь резистор )с, является потенциометром, с помощью которого регулируется потенциал анода, а резистор Я вЂ” потенциометром для регулировки потенциала сетки.
Если подвижный контакт установить в средней точке потенциометра Яэ, то потенциал сетки окажется равным потенциалу катода, т. е. нулю. При перемещении скользящего контакта ниже средней точки мы подадим на сетку отрицательный потенциал, выше средней точки — положительный.
474 2. Зафиксировав некоторый потенциал анода, будем менять потенциал сетки от отрицательных до положительных значений, регистрируя каждый раз анодный ток. На основе этих измерений построим сеточную характериспгику триода, выражающую зависимость анодиого тока от потенциала сетки при заданном потенциале анода.
Она изображена на рис. 47.8. Анализ этой характеристики позволяет прийти к следующим выводам. 3. Характерггстггка нелинейна, следовательно, и здесь закон Ома несправедлив. Однако на небольшом участке в середине характеристики можно в первом приближении пренебречь нелииейностыо.
'Ф Далее, при положительных потенциалах сетки ток возрастает,при отрицательном— убывает. Явление это можно объяснить следующим образом. Если потенциал сетки равен нулю, то ток в лампе г, определяется лишь потенциалом анода. Пусть на сетку подан положительный потенциал; тогда напряженности полей анода и сетки складываются, что приводит к росту снорости электронов и рассасывашпо электронного сг облака, В результате ток увеличивается У вплоть до тока насыщения г,. При отрица- Рггс.
47.8. тельном потенциале сетки происходит обратный процесс — поле ослабевает, скорость электронов уменьшается, а концентрация электронного облака растет. В результате ток в лампе убывает. Наконец, при некотором отрицательном потенциале сетки гг„зависящем от анодного напряжения, кинетическая энергия электронов оказывается недостаточной для преодоления отталкивающего действия сетки и электроны не могут прорваться в область между сеткой и анодом.
Лампа запирается, т. е. ток в ней оказывается равным нулю. Таким образом, меняя потенциал сетки, мы можем управлять тоном в лампе. По этой причине данная сетка называется управллкггл4ей. 5 47,4. Электронно-лучевая трубка 1. Специфическим электронным прибором является электроннолучевая трубка. Схема ее устройства изображена на рис. 47.9. Электроны, излучаемые подогревным катодом, проходят через сетку (управляющий электрод) и ускоряются двумя анодами. Вся эта система, называемая электронной пушкой, служит для того, чтобы создать на экране сфокусированный пучок электронов.
Экран покрыт люмггнесг4ируюи4илг веществом (5 79.2) и ярко светится под действием бомбардирующих его электронов. Фокусировка электронного пучка осуществляется следующим образом. На управляющий электрод (сетку) подается отрицательный потенциал (от — 20 до — 70 В).)Поле этого электрода сжимает 475 электронный пучок, выходящий из катода. На первый анод подается положительный потенциал от +250 до +500 В, а на второй анод — от +1000 до +2000 В В телевизионных трубках потеяциалы еще выше. Меняя потенциалы управляющего электрода и анодов, можно изменить фокусировку и яркость пятна на экране трубки. 2 Дальше пучок проходит через систему управляющих электродов.
Если подать, например, на верхнюю вертикально отклоняющую пластину положительный потенциал, а на нижнюю — отрицательный, то электронный пучок отклонится вверх. При изменении полярности пучок отклонится вниз Таким образом, колебания Рнс 47 9 потенциала на этих пластинах вызывают вертикальные колебания элек7 раиного пучка. Нетрудно убедиться, что колебания потенциала на горизонтально отклоняющих пластинах вызовут горизонтальные колебания электронного пучка. Трубка, в которой смещение электронного пучка осуществляется за счет изменения электрического поля между управляющими пластинами, называется трубкой с электростатическим управлением.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
