Меню

Ток насыщения это в физике

При определенном значении напряжения / Uнас / анодный ток принимает максимальное значение, возможное при данной температуре катода и называемое током насыщения.

Ток насыщения Iн численно равен заряду всех электронов, испускаемых катодом в единицу времени, т.е. Iнас =eN

где: е — заряд электрона, N — число электронов, испускаемых катодом в одну секунду.

Поэтому увеличение анодного напряжения после достижения тока насыщения не связано с изменением анодного тока.

Величина тока насыщения зависит от температуры катода и рабо­ты выхода электрона из него. Зависимость эта выражается законом Ричардсона — Дешмана:

где: iн — плотность тока насыщения,

S — площадь поверхности катода,

с — эмиссионная постоянная катода,

К — постоянная Больцмана,

Т — температура катода,

А — работа выхода электронов из катода,

е — основание натурального логарифма

В современных лампах широко применяются так называемые ОКСИД-НЫЕ КАТОДЫ. Оксидный катод содержит металлическую подложку

/ керн/, на которую нанесен слой окислов щелочноземельных металлов / ВаО, Sг0, СаО / или их смесь. Для придания катоду высокой эмиссионной способности его подвергают дополнительной обработке / активированию /, состоящей в том, что через электронную лампу при температуре катода 1000°С в течение некоторого времени про­пускают ток. При активировании катода на его поверхности возникает одноатомный слой положительных ионов щелочноземельного металла, ко­торый сильно понижает работу выхода электронов и этим увеличивает эмиссионную способность катода.

Структура оксидного катода.

Современные оксидные катоды отличаются высокими качествами. Их рабочая температура равна 800 — 900°С а иногда и ниже.

Плотность тока насыщения достигает величины 10 4 А/м 2 . В тоже

время рабочая температура чистого вольфрамового катода около 2200 0 С, а плотность тока насыщения не превышает 10 3 А/м 2 .

При очень кратковременных токах / импульсы тока длительностью 10 -6 —

10 -5 сек / оксидные катоды способны давать плотность тока насыщения до 10 6

Для накаливания катода через керн пропускают постоянный ток / «катоды прямого накала»/ или нагревают его при помощи вспомогательной металлической спирали /»подогревные катоды»/. Сопротивление катода очень велико и при работе лампы /когда су­ществует анодный ток/ он дополнительно подогревается анодным током. Это увеличивает его термоэлектронную эмиссию и одновременно способствует разрушению оксидного слоя. Поэтому в лампе с оксидным катодом резки тока на­сыщения осуществить не удается,

Дата добавления: 2015-08-01 ; просмотров: 696 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник



Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Ток — насыщение

Током насыщения р-п перехода называют не зависящую от приложенного напряжения составляющую тока, обусловленную неосновными носителями. [46]

Зная ток насыщения , можно определить число электронов, выделяющихся в 1 сек с единицы поверхности металла при данной температуре, разделив силу тока насыщения на площадь поверхности катода и на заряд электрона. [47]

Оценить ток насыщения в ионизационной камере, на электроды которой нанесено 10 мкюри очищенного полония. [48]

Когда ток насыщения для неформованного контакта велик, мощность рассеивается в значительном объеме полупроводника и формовка становится малоэффективной. [49]

Это ток насыщения , при котором все созданные ионизатором пары ионов ( кроме рекомбинирующих) достигают электродов. Естественно, его сила зависит от мощности источника ионов — внешнего ионизатора. Увеличив количество пар ионов, создаваемых ионизатором за единицу времени, мы получим больший ток насыщения. При увеличении напряжения ( участок 2 — 3) не происходит качественных изменений газового разряда. Но в более сильном поле, двигаясь ускоренно, свободные заряды получают большую энергию. [50]

Это ток насыщения , при котором все созданные ионизатором пары ионов ( кроме рекомбинирующих) достигают электродов. Естественно, он зависит от мощности источника ионов — внешнего ионизатора. Увеличив количество пар ионов, создаваемых ионизатором за единицу времени, мы получим больший ток насыщения. При увеличении напряжения ( участок 2 — 3) не происходит качественных изменений газового разряда. Но в более сильном поле, двигаясь ускоренно, свободные заряды получают большую энергию. [51]

Читайте также:  Трехфазный генератор переменного тока без двигателя

Теоретически тока насыщения можно достичь, подавая бесконечно большую разность потенциалов на электроды. [52]

Определите ток насыщения термоэлектронной эмиссии , если свободные электроны внутри металла подчиняются закону распределения скоростей Максвелла. [53]

Величина тока насыщения зависит от природы и состояния газа я от силы ионизатора. [54]

Плотность тока насыщения js в соответствии с формулами (171.1) и (171.2) чрезвычайно сильно зависит от температуры. Приведенные цифры одновременно показывают, что для получения заметного термоэлектронного тока с вольфрамового катода его необходимо накаливать до очгнь высокой температуры. [56]

Увеличение тока насыщения может произойти, если возрастет интенсивность выхода свободных электронов, для чего нужно увеличить температуру катода. [57]

Значение тока насыщения определяет гл. [58]

Ростом тока насыщения в основном определяются температурные пределы работы диодов, так как при высоких обратных напряжениях и токах выделяемая на переходе мощность становится чрезмерно большой и диод может пробиться. У кремниевых диодов с увеличением температуры пробивное напряжение сначала несколько увеличивается, а затем при приближении проводимости материала к собственной падает. У германиевых диодов в большинстве случаев с увеличением температуры пробивное напряжение падает. Температура, соответствующая резкому снижению пробивного напряжения, принимается за предельную. [59]

Источник

Физика. 11 класс

Конспект урока

Физика, 11 класс

Урок 22. Фотоэффект

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

  • предмет и задачи квантовой физики;
  • гипотеза М. Планка о квантах;
  • опыты А.Г. Столетова;
  • определение фотоэффекта, кванта, тока насыщения, задерживающего напряжения, работы выхода, красной границы фотоэффекта;
  • уравнение Эйнштейна для фотоэффекта;
  • законы фотоэффекта.

Глоссарий по теме:

Квантовая физика — раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения.

Фотоэффект – это вырывание электронов из вещества под действием света.

Квант — (от лат. quantum — «сколько») — неделимая порция какой-либо величины в физике.

Ток насыщения — некоторое предельное значение силы фототока.

Задерживающее напряжение — минимальное обратное напряжение между анодом и катодом, при котором фототок равен нулю.

Работа выхода – это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл. которую нужно сообщить электрону, для того чтобы он мог преодолеть силы, удерживающие его внутри металла.

Красная граница фотоэффекта – это минимальная частота или максимальная длина волны света излучения, при которой еще возможен внешний фотоэффект.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Чаругин В. М. Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 259 – 267.

2. Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс.- М.:Дрофа,2009. – С. 153 – 158.

3. Элементарный учебник физики. Учебное пособие в 3 т./под редакцией академика Ландсберга Г. С.: Т.3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. – 12-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. С. 422 – 429.

4. Тульчинский М. Е. Качественные задачи по физике в средней школе. Пособие для учителей. Изд. 4-е, переработ. и доп. М. «Просвещение», 1972. С. 157.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

В начале 20-го века в физике произошла величайшая революция. Попытки объяснить наблюдаемые на опытах закономерности распределения энергии в спектрах теплового излучения оказались несостоятельными. Законы электромагнетизма Максвелла неожиданно «забастовали». Противоречия между опытом и практикой были разрешены немецким физиком Максом Планком.

Читайте также:  Как создать кратковременную индукционный ток в катушке к2 рис 125

Гипотеза Макса Планка: атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями – квантами. Энергия Е каждой порции прямо пропорциональна частоте ν излучения света: E = hν.

Коэффициент пропорциональности получил название постоянной Планка, и она равна:

h = 6,63 ∙ 10 -34 Дж∙с.

После открытия Планка начала развиваться самая современная и глубокая физическая теория – квантовая физика.

Квантовая физика — раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения.

Поведение всех микрочастиц подчиняется квантовым законам. Но впервые квантовые свойства материи были обнаружены именно при исследовании излучения и поглощения света.

В 1886 году немецкий физик Густав Людвиг Герц обнаружил явление электризации металлов при их освещении.

Явление вырывания электронов из вещества под действием света называется внешним фотоэлектрическим эффектом.

Законы фотоэффекта были установлены в 1888 году профессором московского университета Александром Григорьевичем Столетовым.

Схема установки для изучения законов фотоэффекта

Первый закон фотоэффекта: фототок насыщения — максимальное число фотоэлектронов, вырываемых из вещества за единицу времени, — прямо пропорционален интенсивности падающего излучения.

Зависимость силы тока от приложенного напряжения

Увеличение интенсивности света означает увеличение числа падающих фотонов, которые выбивают с поверхности металла больше электронов.

Второй закон фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего излучения и линейно возрастает с увеличением частоты падающего излучения.

Третий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует граничная частота такая, что излучение меньшей частоты не вызывает фотоэффекта, какой бы ни была интенсивность падающего излучения. Эта минимальная частота излучения называется красной границей фотоэффекта.

где Ав – работа выхода электронов;

h – постоянная Планка;

νmin — частота излучения, соответствующая красной границе фотоэффекта;

с – скорость света;

λкр – длина волны, соответствующая красной границе.

Фотоэффект практически безынерционен: фототок возникает одновременно с освещением катода с точностью до одной миллиардной доли секунды.

Работа выхода – это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл.

Для большинства веществ фотоэффект возникает только под действием ультрафиолетового облучения. Однако некоторые металлы, например, литий, натрий и калий, испускают электроны и при облучении видимым светом.

Известно, что фототоком можно управлять, подавая на металлические пластины различные напряжения. Если на систему подать небольшое напряжение обратной полярности, «затрудняющее» вылет электронов, то ток уменьшится, так как фотоэлектронам, кроме работы выхода, придется совершать дополнительную работу против сил электрического поля.

Задерживающее напряжение — минимальное обратное напряжение между анодом и катодом, при котором фототок равен нулю.

Максимальная кинетическая энергия электронов выражается через задерживающее напряжение:

где — максимальная кинетическая энергия электронов;

Е – заряд электрона;

– задерживающее напряжение.

Теорию фотоэффекта разработал Альберт Эйнштейн. На основе квантовых представлений Эйнштейн объяснил фотоэффект. Электрон внутри металла после поглощения одного фотона получает порцию энергии и стремится вылететь за пределы кристаллической решетки, т.е. покинуть поверхность твердого тела. При этом часть полученной энергии он израсходует на совершение работы по преодолению сил, удерживающих его внутри вещества. Остаток энергии будет равен кинетической энергии:

В 1921 году Альберт Эйнштейн стал обладателем Нобелевской премии, которая, согласно официальной формулировке, была вручена «за заслуги перед теоретической физикой и особенно за открытие закона фотоэлектрического эффекта».

Если фотоэффект сопровождается вылетом электронов с поверхности вещества, то его называют внешним фотоэффектом или фотоэлектронной эмиссией, а вылетающие электроны — фотоэлектронами. Если фотоэффект не сопровождается вылетом электронов с поверхности вещества, то его называют внутренним.

Читайте также:  От чего зависит электрический ток в жидкостях

Примеры и разбор решения заданий

1. Монохроматический свет с длиной волны λ падает на поверхность металла, вызывая фотоэффект. Фотоэлектроны тормозятся электрическим полем. Как изменятся работа выхода электронов с поверхности металла и запирающее напряжение, если уменьшить длину волны падающего света?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Работа выхода

Запирающее напряжение

Работа выхода — это характеристика металла, следовательно, работа выхода не изменится при изменении длины волны падающего света.

Запирающее напряжение — это такое минимальное напряжение, при котором фотоэлектроны перестают вылетать из металла. Оно определяется из уравнения:

Следовательно, при уменьшении длины волны падающего света, запирающее напряжение увеличивается.

Работа выхода

Запирающее напряжение

2. Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода λ = 290 нм. При облучении катода светом с длиной волны λ фототок прекращается при напряжении между анодом и катодом U = 1,5 В. Определите длину волны λ.

Запишем уравнение для фотоэффекта через длину волны:

Условие связи красной границы фотоэффекта и работы выхода:

Запишем выражение для запирающего напряжения – условие равенства максимальной кинетической энергии электрона и изменения его потенциальной энергии при перемещении в электростатическом поле:

Решая систему уравнений (1), (2), (3), получаем формулу для вычисления длины волны λ:

Подставляя численные значения, получаем: λ ≈ 215 нм.

Источник

Ток насыщения

Тепловой ток или ток насыщения I обусловлен тепловой генерацией электронно-дырочных пар атомами собственных полупроводников в областях, примыкающих к p-n переходу на расстоянии, равном длине диффузии

Механизм образования теплового тока иллюстрируется рис. 6, на котором обозначено: lобр – ширина обратносмещенного p-n перехода; S×Ln – объем диффузии в полупроводнике p-типа неосновных носителей заряда – электронов; S×Lp – объем диффузии в полупроводнике n-типа неосновных носителей заряда – дырок.

Ток I не зависит от величины обратного напряжения, а зависит от материала полупроводника, температуры окружающей среды, степени легирования полупроводников.

Следует отметить, что ток насыщения I кремниевых p-n переходов много меньше обратного тока германиевых p-n переходов. Это связано с различием ширины запрещенной зоны: DWз Ge = 0,72 эВ; DWз Si = 1,12 эВ. Ток насыщения определяется неосновными носителями заряда примесного полупроводника. Так, например, в полупроводнике n-типа это дырки – pn, которые определяются в соответствии с законом действующих масс: pn = ni 2 /nn » ni 2 /NД Известно, что
ni Ge » 10 13 см -3 , а niSi » 10 10 см -3 , и при равной концентрации примеси получаем, что концентрация неосновных носителей заряда в кремниевом полупроводнике на шесть порядков меньше, чем в германиевом примесном полупроводнике, а это приводит к значительной разнице значений тока насыщения.

Рис. 6. Образование тока насыщения

Влияние температуры на тепловой ток можно пояснить, используя выражение

Из этого выражения следует, что при увеличении температуры тепловой ток возрастает экспоненциально, то есть увеличивается в два раза при изменении температуры на каждые десять градусов Цельсия.

Например, при T1 = +20°С ток I01 = 10 мкА, а при T2 = +50°C он определится из соотношения

то есть при изменении температуры на DT = +30°C тепловой ток возрастает в восемь раз.

Влияние концентрации примеси в примесных полупроводниках, образующих p-n переход, прослеживается при рассмотрении закона действующих масс применительно к определению концентрации неосновных носителей заряда. С ростом концентрации примеси NА, NД в p- и n-областях уменьшается концентрация неосновных носителей, что ведет к уменьшению теплового тока.

Источник