निर्वात मान में विद्युत धारा।

प्लास्टर

इस पाठ में हम विभिन्न मीडिया में, विशेष रूप से निर्वात में, धाराओं के प्रवाह का अध्ययन करना जारी रखेंगे। हम मुक्त आवेशों के निर्माण के तंत्र पर विचार करेंगे, मुख्य तकनीकी उपकरणों पर विचार करेंगे जो निर्वात में धारा के सिद्धांतों पर काम करते हैं: एक डायोड और एक कैथोड किरण ट्यूब। हम इलेक्ट्रॉन किरणों के मूल गुणों का भी संकेत देंगे।

प्रयोग के परिणाम को इस प्रकार समझाया गया है: गर्म करने के परिणामस्वरूप, धातु वाष्पीकरण के दौरान पानी के अणुओं के उत्सर्जन के समान, अपनी परमाणु संरचना से इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करना शुरू कर देती है। गर्म धातु एक इलेक्ट्रॉन बादल से घिरी होती है। इस घटना को तापायनिक उत्सर्जन कहा जाता है।

चावल। 2. एडिसन के प्रयोग की योजना

इलेक्ट्रॉन किरणों की संपत्ति

प्रौद्योगिकी में, तथाकथित इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग बहुत महत्वपूर्ण है।परिभाषा।

इलेक्ट्रॉन किरण इलेक्ट्रॉनों की एक धारा है जिसकी लंबाई इसकी चौड़ाई से बहुत अधिक होती है। इसे पाना काफी आसान है. यह एक वैक्यूम ट्यूब लेने के लिए पर्याप्त है जिसके माध्यम से करंट प्रवाहित होता है और एनोड में एक छेद बनाता है, जिसमें त्वरित इलेक्ट्रॉन जाते हैं (तथाकथित इलेक्ट्रॉन गन) (चित्र 3)।

चावल। 3. इलेक्ट्रॉन बंदूक

इलेक्ट्रॉन बीम में कई प्रमुख गुण होते हैं:

• उनकी उच्च गतिज ऊर्जा के परिणामस्वरूप, जिस सामग्री पर वे प्रभाव डालते हैं उस पर उनका थर्मल प्रभाव पड़ता है। इस गुण का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक वेल्डिंग में किया जाता है। इलेक्ट्रॉनिक वेल्डिंग उन मामलों में आवश्यक है जहां सामग्री की शुद्धता बनाए रखना महत्वपूर्ण है, उदाहरण के लिए, अर्धचालक वेल्डिंग करते समय।

धातुओं से टकराने पर, इलेक्ट्रॉन किरणें धीमी हो जाती हैं और चिकित्सा और प्रौद्योगिकी में उपयोग की जाने वाली एक्स-रे उत्सर्जित करती हैं (चित्र 4)।

• चावल। 4. एक्स-रे का उपयोग करके लिया गया फोटो ()
• जब एक इलेक्ट्रॉन किरण फॉस्फोरस नामक कुछ पदार्थों से टकराती है, तो एक चमक उत्पन्न होती है, जिससे स्क्रीन बनाना संभव हो जाता है जो किरण की गति की निगरानी करने में मदद करता है, जो निश्चित रूप से नग्न आंखों के लिए अदृश्य है।

विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके किरणों की गति को नियंत्रित करने की क्षमता।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि जिस तापमान पर थर्मिओनिक उत्सर्जन प्राप्त किया जा सकता है वह उस तापमान से अधिक नहीं हो सकता जिस पर धातु संरचना नष्ट हो जाती है।

सबसे पहले, एडिसन ने निर्वात में विद्युत धारा उत्पन्न करने के लिए निम्नलिखित डिज़ाइन का उपयोग किया। सर्किट से जुड़ा एक कंडक्टर वैक्यूम ट्यूब के एक तरफ रखा गया था, और एक सकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रोड को दूसरी तरफ रखा गया था (चित्र 5 देखें):

कंडक्टर के माध्यम से करंट के पारित होने के परिणामस्वरूप, यह गर्म होना शुरू हो जाता है, जिससे इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होते हैं जो सकारात्मक इलेक्ट्रोड की ओर आकर्षित होते हैं। अंत में, इलेक्ट्रॉनों की एक निर्देशित गति होती है, जो वास्तव में, एक विद्युत प्रवाह है। हालाँकि, इस प्रकार उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की संख्या बहुत कम है, जिसके परिणामस्वरूप किसी भी उपयोग के लिए बहुत कम धारा उत्पन्न होती है। एक और इलेक्ट्रोड जोड़कर इस समस्या को दूर किया जा सकता है। ऐसे नकारात्मक विभव इलेक्ट्रोड को अप्रत्यक्ष फिलामेंट इलेक्ट्रोड कहा जाता है। इसके प्रयोग से गतिमान इलेक्ट्रॉनों की संख्या कई गुना बढ़ जाती है (चित्र 6)।

चावल। 6. अप्रत्यक्ष फिलामेंट इलेक्ट्रोड का उपयोग करना

यह ध्यान देने योग्य है कि निर्वात में धारा की चालकता धातुओं - इलेक्ट्रॉनिक के समान होती है। हालाँकि इन मुक्त इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति का तंत्र पूरी तरह से अलग है।

थर्मिओनिक उत्सर्जन की घटना के आधार पर, वैक्यूम डायोड नामक एक उपकरण बनाया गया था (चित्र 7)।

चावल। 7. विद्युत आरेख पर वैक्यूम डायोड का पदनाम

वैक्यूम डायोड

आइए वैक्यूम डायोड पर करीब से नज़र डालें। डायोड दो प्रकार के होते हैं: एक फिलामेंट और एनोड वाला डायोड और एक फिलामेंट, एनोड और कैथोड वाला डायोड। पहले को प्रत्यक्ष फिलामेंट डायोड कहा जाता है, दूसरे को अप्रत्यक्ष फिलामेंट डायोड कहा जाता है। प्रौद्योगिकी में, पहले और दूसरे दोनों प्रकार का उपयोग किया जाता है, हालांकि, प्रत्यक्ष फिलामेंट डायोड का नुकसान यह है कि गर्म होने पर, फिलामेंट का प्रतिरोध बदल जाता है, जिससे डायोड के माध्यम से वर्तमान में परिवर्तन होता है। और चूँकि डायोड का उपयोग करने वाले कुछ ऑपरेशनों के लिए पूरी तरह से स्थिर धारा की आवश्यकता होती है, इसलिए दूसरे प्रकार के डायोड का उपयोग करना अधिक उचित है।

दोनों ही मामलों में, प्रभावी उत्सर्जन के लिए फिलामेंट तापमान बराबर होना चाहिए .

डायोड का उपयोग प्रत्यावर्ती धारा को ठीक करने के लिए किया जाता है। यदि डायोड का उपयोग औद्योगिक धाराओं को परिवर्तित करने के लिए किया जाता है, तो इसे केनोट्रॉन कहा जाता है।

इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करने वाले तत्व के पास स्थित इलेक्ट्रोड को कैथोड () कहा जाता है, दूसरे को एनोड () कहा जाता है। सही ढंग से कनेक्ट होने पर, वोल्टेज बढ़ने पर करंट बढ़ता है। विपरीत दिशा में कनेक्ट करने पर कोई भी धारा प्रवाहित नहीं होगी (चित्र 8)। इस तरह, वैक्यूम डायोड अर्धचालक डायोड के साथ अनुकूल रूप से तुलना करते हैं, जिसमें, जब वापस चालू किया जाता है, तो वर्तमान, हालांकि न्यूनतम, मौजूद होता है। इस गुण के कारण, वैक्यूम डायोड का उपयोग प्रत्यावर्ती धारा को ठीक करने के लिए किया जाता है।

चावल। 8. वैक्यूम डायोड की करंट-वोल्टेज विशेषता

निर्वात में धारा प्रवाह की प्रक्रियाओं के आधार पर बनाया गया एक अन्य उपकरण एक विद्युत ट्रायोड है (चित्र 9)। इसका डिज़ाइन तीसरे इलेक्ट्रोड की उपस्थिति में डायोड डिज़ाइन से भिन्न होता है, जिसे ग्रिड कहा जाता है। कैथोड रे ट्यूब जैसा उपकरण, जो ऑसिलोस्कोप और ट्यूब टेलीविजन जैसे उपकरणों का बड़ा हिस्सा बनता है, भी निर्वात में करंट के सिद्धांतों पर आधारित है।

चावल। 9. वैक्यूम ट्रायोड सर्किट

कैथोड किरण ट्यूब

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, निर्वात में वर्तमान प्रसार के गुणों के आधार पर, कैथोड रे ट्यूब जैसे महत्वपूर्ण उपकरण को डिजाइन किया गया था। इसका कार्य इलेक्ट्रॉन किरणों के गुणों पर आधारित है। आइए इस डिवाइस की संरचना पर नजर डालें। कैथोड किरण ट्यूब में एक विस्तार के साथ एक वैक्यूम फ्लास्क, एक इलेक्ट्रॉन गन, दो कैथोड और इलेक्ट्रोड के दो परस्पर लंबवत जोड़े होते हैं (चित्र 10)।

चावल। 10. कैथोड किरण ट्यूब की संरचना

ऑपरेटिंग सिद्धांत इस प्रकार है: थर्मिओनिक उत्सर्जन के कारण बंदूक से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को एनोड पर सकारात्मक क्षमता के कारण त्वरित किया जाता है। फिर, नियंत्रण इलेक्ट्रोड जोड़े पर वांछित वोल्टेज लागू करके, हम इलेक्ट्रॉन बीम को इच्छानुसार, क्षैतिज और लंबवत रूप से विक्षेपित कर सकते हैं। जिसके बाद निर्देशित किरण फॉस्फोर स्क्रीन पर गिरती है, जो हमें उस पर किरण प्रक्षेपवक्र की छवि देखने की अनुमति देती है।

कैथोड किरण ट्यूब का उपयोग ऑसिलोस्कोप (चित्र 11) नामक उपकरण में किया जाता है, जिसे विद्युत संकेतों का अध्ययन करने के लिए और सीआरटी टेलीविजन में डिज़ाइन किया गया है, एकमात्र अपवाद यह है कि वहां इलेक्ट्रॉन बीम चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा नियंत्रित होते हैं।

चावल। 11. ऑसिलोस्कोप ()

अगले पाठ में हम द्रवों में विद्युत धारा के प्रवाह को देखेंगे।

संदर्भ

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गृहकार्य

1. इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन क्या है?
2. इलेक्ट्रॉन किरणों को नियंत्रित करने के तरीके क्या हैं?
3. अर्धचालक की चालकता तापमान पर किस प्रकार निर्भर करती है?
4. अप्रत्यक्ष फिलामेंट इलेक्ट्रोड का उपयोग किसके लिए किया जाता है?
5. *वैक्यूम डायोड का मुख्य गुण क्या है? इसका कारण क्या है?

विद्युत धारा न केवल धातुओं में, बल्कि निर्वात में भी उत्पन्न की जा सकती है, उदाहरण के लिए रेडियो ट्यूबों में, कैथोड किरण ट्यूबों में। आइए निर्वात में धारा की प्रकृति का पता लगाएं।

धातुओं में बड़ी संख्या में मुक्त, बेतरतीब ढंग से घूमने वाले इलेक्ट्रॉन होते हैं। जब कोई इलेक्ट्रॉन किसी धातु की सतह के पास आता है, तो धनात्मक आयनों की ओर से उस पर कार्य करने वाले और अंदर की ओर निर्देशित आकर्षक बल इलेक्ट्रॉन को धातु छोड़ने से रोकते हैं। निर्वात में किसी धातु से इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए किया जाने वाला कार्य कहलाता है कार्य समारोह.यह अलग-अलग धातुओं के लिए अलग-अलग होता है। तो, टंगस्टन के लिए यह बराबर है 7.2*10 -19 ज.यदि किसी इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा कार्य फलन से कम है, तो वह धातु को नहीं छोड़ सकता। कमरे के तापमान पर भी कई इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिनकी ऊर्जा कार्य फलन से बहुत अधिक नहीं होती है। धातु को छोड़ने के बाद, वे उससे थोड़ी दूरी पर चले जाते हैं और, आयनों की आकर्षक शक्तियों के प्रभाव में, धातु में लौट आते हैं, जिसके परिणामस्वरूप बाहर जाने वाले और लौटने वाले इलेक्ट्रॉनों की एक पतली परत बन जाती है, जो गतिशील संतुलन में होती है। , सतह के निकट बनता है। इलेक्ट्रॉनों की हानि के कारण धातु की सतह धनावेशित हो जाती है।

किसी इलेक्ट्रॉन को धातु छोड़ने के लिए, उसे इलेक्ट्रॉन परत के विद्युत क्षेत्र की प्रतिकारक शक्तियों और धातु की धनात्मक आवेशित सतह के विद्युत क्षेत्र की शक्तियों के विरुद्ध कार्य करना चाहिए (चित्र 85.ए)। कमरे के तापमान पर लगभग कोई भी इलेक्ट्रॉन नहीं होता जो आवेशित दोहरी परत से आगे निकल सके।

इलेक्ट्रॉनों को दोहरी परत से परे भागने के लिए, उनके पास कार्य फ़ंक्शन की तुलना में बहुत अधिक ऊर्जा होनी चाहिए। ऐसा करने के लिए, इलेक्ट्रॉनों को बाहर से ऊर्जा प्रदान की जाती है, उदाहरण के लिए गर्म करके। किसी गर्म पिंड द्वारा इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन को थर्मिओनिक उत्सर्जन कहा जाता है।यह धातु में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के प्रमाणों में से एक है।

ऐसे प्रयोग में तापायनिक उत्सर्जन की घटना देखी जा सकती है। इलेक्ट्रोमीटर को सकारात्मक रूप से चार्ज करने के बाद (एक विद्युतीकृत ग्लास रॉड से), हम इसे एक कंडक्टर के साथ प्रदर्शन वैक्यूम लैंप के इलेक्ट्रोड ए से जोड़ते हैं (चित्र 85, बी)। इलेक्ट्रोमीटर डिस्चार्ज नहीं होता है। सर्किट को बंद करने के बाद, हम धागे K को गर्म करते हैं। हम देखते हैं कि इलेक्ट्रोमीटर सुई गिरती है - इलेक्ट्रोमीटर डिस्चार्ज हो जाता है। गर्म फिलामेंट द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रोड ए की ओर आकर्षित होते हैं और इसके चार्ज को बेअसर कर देते हैं। विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में फिलामेंट से इलेक्ट्रोड ए तक थर्मिओनिक इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह ने निर्वात में विद्युत प्रवाह का निर्माण किया।

यदि इलेक्ट्रोमीटर ऋणात्मक रूप से चार्ज किया गया है, तो यह ऐसे प्रयोग में डिस्चार्ज नहीं होगा। फिलामेंट से निकलने वाले इलेक्ट्रॉन अब इलेक्ट्रोड ए द्वारा आकर्षित नहीं होते हैं, बल्कि, इसके विपरीत, इससे विकर्षित होते हैं और फिलामेंट में वापस लौट आते हैं।

आइए एक विद्युत परिपथ इकट्ठा करें (चित्र 86)। जब धागा K गर्म नहीं होता है, तो इसके और इलेक्ट्रोड A के बीच का सर्किट खुला होता है - गैल्वेनोमीटर सुई शून्य पर होती है। इसके सर्किट में कोई करंट नहीं है. चाबी बंद करके हम फिलामेंट को गर्म करते हैं। गैल्वेनोमीटर सर्किट से करंट प्रवाहित होता है, क्योंकि थर्मिओनिक इलेक्ट्रॉनों ने फिलामेंट और इलेक्ट्रोड ए के बीच सर्किट को बंद कर दिया है, जिससे वैक्यूम में विद्युत प्रवाह बनता है। निर्वात में विद्युत धारा विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में इलेक्ट्रॉनों का एक निर्देशित प्रवाह है।निर्वात में धारा बनाने वाले इलेक्ट्रॉनों की दिशात्मक गति की गति धातुओं में धारा बनाने वाले इलेक्ट्रॉनों की दिशात्मक गति की गति से अरबों गुना अधिक होती है। इस प्रकार, रेडियो रिसीवर लैंप के एनोड पर इलेक्ट्रॉन प्रवाह की गति कई हजार किलोमीटर प्रति सेकंड तक पहुंच जाती है।

पाठ संख्या 40-169 गैसों में विद्युत धारा. निर्वात में विद्युत धारा.

सामान्य परिस्थितियों में, गैस एक ढांकता हुआ है (आर ), यानी इसमें तटस्थ परमाणु और अणु होते हैं और इसमें विद्युत धारा के मुक्त वाहक नहीं होते हैं। कंडक्टर गैसएक आयनित गैस है, इसमें इलेक्ट्रॉन-आयन चालकता होती है।

वायु-ढांकता हुआ

गैस आयनीकरण- यह एक आयनाइज़र (पराबैंगनी, एक्स-रे और रेडियोधर्मी विकिरण; हीटिंग) के प्रभाव में तटस्थ परमाणुओं या अणुओं का सकारात्मक आयनों और इलेक्ट्रॉनों में विघटन है। और उच्च गति पर टकराव के दौरान परमाणुओं और अणुओं के विघटन द्वारा समझाया गया है। गैस निकलना- गैस के माध्यम से विद्युत धारा का प्रवाह। विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में आने पर गैस-डिस्चार्ज ट्यूबों (लैंप) में गैस डिस्चार्ज देखा जाता है।

आवेशित कणों का पुनर्संयोजन

यदि आयनीकरण बंद हो जाता है तो गैस चालक नहीं रह जाती है, यह पुनर्संयोजन के कारण होता है (पुनर्मिलन विपरीत है)आवेशित कण)। गैस डिस्चार्ज के प्रकार: आत्मनिर्भर और गैर-आत्मनिर्भर।
गैर-आत्मनिर्भर गैस निर्वहन- यह एक ऐसा डिस्चार्ज है जो केवल बाहरी आयनाइज़र के प्रभाव में मौजूद होता है ट्यूब में गैस को आयनित किया जाता है और इलेक्ट्रोड को आपूर्ति की जाती हैट्यूब में वोल्टेज (U) और विद्युत धारा (I) उत्पन्न होती है। जैसे-जैसे U बढ़ता है, धारा I बढ़ती है जब एक सेकंड में बनने वाले सभी आवेशित कण इस दौरान इलेक्ट्रोड तक पहुंचते हैं (एक निश्चित वोल्टेज पर)यू*), धारा संतृप्ति (आई एन) तक पहुंचती है। यदि आयोनाइज़र की क्रिया बंद हो जाती है, तो डिस्चार्ज भी बंद हो जाता है (I= 0)। आत्मनिर्भर गैस निर्वहन- गैस में एक डिस्चार्ज जो प्रभाव आयनीकरण (= बिजली के झटके का आयनीकरण) के परिणामस्वरूप आयनों और इलेक्ट्रॉनों के कारण बाहरी आयनकार की समाप्ति के बाद भी बना रहता है; तब होता है जब इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर बढ़ जाता है (एक इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन होता है)। एक निश्चित वोल्टेज मान पर (यू ब्रेकडाउन) वर्तमान ताकत फिर से बढ़ता है. डिस्चार्ज को बनाए रखने के लिए अब आयनाइज़र की आवश्यकता नहीं है। इलेक्ट्रॉन प्रभाव आयनीकरण होता है. एक गैर-आत्मनिर्भर गैस डिस्चार्ज कब आत्मनिर्भर गैस डिस्चार्ज में बदल सकता हैयू ए = यू इग्निशन. गैस का विद्युत विखंडन- एक गैर-आत्मनिर्भर गैस निर्वहन का एक आत्मनिर्भर में संक्रमण। स्वतंत्र गैस निर्वहन के प्रकार: 1. सुलगना - कम दबाव पर (कई मिमी एचजी तक) - गैस-प्रकाश ट्यूबों और गैस लेजर में देखा गया। (फ्लोरोसेंट लैंप) 2. चिंगारी - सामान्य दबाव पर (पी = पी एटीएम) और उच्च विद्युत क्षेत्र की ताकत ई (बिजली - सैकड़ों हजारों एम्पीयर तक की वर्तमान ताकत)। 3. कोरोना - एक गैर-समान विद्युत क्षेत्र में सामान्य दबाव पर (टिप पर, सेंट एल्मो की आग)।

4. चाप - निकट दूरी वाले इलेक्ट्रोड के बीच होता है - उच्च वर्तमान घनत्व, इलेक्ट्रोड के बीच कम वोल्टेज (स्पॉटलाइट, प्रक्षेपण फिल्म उपकरण, वेल्डिंग, पारा लैंप में)

प्लाज्मा- उच्च तापमान पर उच्च गति पर अणुओं के टकराव के कारण उच्च स्तर के आयनीकरण वाले पदार्थ के एकत्रीकरण की यह चौथी अवस्था है; प्रकृति में पाया जाता है: आयनमंडल एक कमजोर आयनित प्लाज्मा है, सूर्य एक पूरी तरह से आयनित प्लाज्मा है; कृत्रिम प्लाज्मा - गैस-डिस्चार्ज लैंप में। प्लाज्मा है: 1. - निम्न तापमान T 10 5 K. प्लाज्मा के मूल गुण: - उच्च विद्युत चालकता; - बाहरी विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के साथ मजबूत संपर्क। T = 20∙ 10 3 ÷ 30∙ 10 3 K पर कोई भी पदार्थ प्लाज्मा है। ब्रह्मांड में 99% पदार्थ प्लाज्मा है।

निर्वात में विद्युत धारा.

वैक्यूम एक अत्यधिक दुर्लभ गैस है, इसमें व्यावहारिक रूप से अणुओं, लंबाई की कोई टक्कर नहीं होती हैकणों का मुक्त पथ (टक्करों के बीच की दूरी) जहाज के आकार से अधिक होता है(पी « पी ~ 10 -13 मिमी एचजी। कला।)। वैक्यूम की विशेषता इलेक्ट्रॉनिक चालकता है(वर्तमान इलेक्ट्रॉनों की गति है), व्यावहारिक रूप से कोई प्रतिरोध नहीं है (आर
). शून्य में: - विद्युत धारा असंभव है, क्योंकि आयनित अणुओं की संभावित संख्या विद्युत चालकता प्रदान नहीं कर सकती; - यदि आप आवेशित कणों के स्रोत का उपयोग करते हैं तो निर्वात में विद्युत धारा बनाना संभव है; - आवेशित कणों के स्रोत की क्रिया थर्मिओनिक उत्सर्जन की घटना पर आधारित हो सकती है। किसी गर्म स्त्रोत से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन- गर्म पिंडों की सतह से मुक्त इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन की घटना, ठोस या तरल पिंडों द्वारा इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन तब होता है जब उन्हें गर्म धातु की दृश्यमान चमक के अनुरूप तापमान पर गर्म किया जाता है। गर्म धातु इलेक्ट्रोड लगातार इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है, जिससे उसके चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन बादल बनता है।एक संतुलन स्थिति में, इलेक्ट्रोड को छोड़ने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या उसमें वापस लौटने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है (क्योंकि इलेक्ट्रॉनों के खो जाने पर इलेक्ट्रोड सकारात्मक रूप से चार्ज हो जाता है)। धातु का तापमान जितना अधिक होगा, इलेक्ट्रॉन बादल का घनत्व उतना ही अधिक होगा। निर्वात में विद्युत धारा निर्वात ट्यूबों में संभव है। एक इलेक्ट्रॉन ट्यूब एक उपकरण है जो थर्मिओनिक उत्सर्जन की घटना का उपयोग करता है।

वैक्यूम डायोड.

वैक्यूम डायोड एक दो-इलेक्ट्रोड (ए - एनोड और के - कैथोड) इलेक्ट्रॉन ट्यूब है। कांच के गुब्बारे के अंदर बहुत कम दबाव (10 -6 ÷10 -7 मिमी एचजी) बनाया जाता है, इसे गर्म करने के लिए कैथोड के अंदर एक फिलामेंट रखा जाता है। गर्म कैथोड की सतह इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करती है। यदि एनोड जुड़ा हुआ हैवर्तमान स्रोत के "+" के साथ, और कैथोड "-" के साथ, तो सर्किट में एक निरंतर थर्मिओनिक धारा प्रवाहित होती है। वैक्यूम डायोड में एक तरफ़ा चालकता होती है।वे। यदि एनोड क्षमता कैथोड क्षमता से अधिक है तो एनोड में धारा संभव है। इस मामले में, इलेक्ट्रॉन बादल से इलेक्ट्रॉन एनोड की ओर आकर्षित होते हैं, जिससे निर्वात में विद्युत प्रवाह पैदा होता है।

वैक्यूम डायोड की I-V विशेषता (वोल्ट-एम्पीयर विशेषता)।

डायोड रेक्टिफायर के इनपुट पर करंट कम एनोड वोल्टेज पर, कैथोड द्वारा उत्सर्जित सभी इलेक्ट्रॉन एनोड तक नहीं पहुंचते हैं, और करंट छोटा होता है। उच्च वोल्टेज पर, धारा संतृप्ति तक पहुँचती है, अर्थात। अधिकतम मूल्य. वैक्यूम डायोड में एक तरफ़ा चालकता होती है और इसका उपयोग प्रत्यावर्ती धारा को सुधारने के लिए किया जाता है।

इलेक्ट्रॉन किरणेंवैक्यूम ट्यूबों और गैस-डिस्चार्ज उपकरणों में तेजी से उड़ने वाले इलेक्ट्रॉनों की एक धारा है। इलेक्ट्रॉन किरणों के गुण: - विद्युत क्षेत्र में विचलन; - लोरेंत्ज़ बल के प्रभाव में चुंबकीय क्षेत्र में विक्षेपण; - जब किसी पदार्थ से टकराने वाली किरण धीमी हो जाती है, तो एक्स-रे विकिरण प्रकट होता है; - कुछ ठोस और तरल पदार्थ (ल्यूमिनोफोर्स) की चमक (ल्यूमिनसेंस) का कारण बनता है; - पदार्थ से संपर्क करके उसे गर्म करें।

कैथोड रे ट्यूब (सीआरटी)

- थर्मिओनिक उत्सर्जन घटना और इलेक्ट्रॉन बीम के गुणों का उपयोग किया जाता है। सीआरटी की संरचना: इलेक्ट्रॉन गन, क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर विक्षेपण इलेक्ट्रोड प्लेटें और एक स्क्रीन। एक इलेक्ट्रॉन गन में, गर्म कैथोड द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन नियंत्रण ग्रिड इलेक्ट्रोड से गुजरते हैं और एनोड द्वारा त्वरित होते हैं। एक इलेक्ट्रॉन गन एक इलेक्ट्रॉन किरण को एक बिंदु पर केंद्रित करती है और स्क्रीन पर प्रकाश की चमक को बदल देती है। क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर प्लेटों को विक्षेपित करने से आप स्क्रीन पर इलेक्ट्रॉन किरण को स्क्रीन पर किसी भी बिंदु पर ले जा सकते हैं। ट्यूब स्क्रीन फॉस्फोर से ढकी होती है, जो इलेक्ट्रॉनों के साथ बमबारी करने पर चमकने लगती है। ट्यूब दो प्रकार की होती हैं:1. इलेक्ट्रॉन बीम के इलेक्ट्रोस्टैटिक नियंत्रण के साथ (केवल विद्युत क्षेत्र द्वारा इलेक्ट्रॉन बीम का विक्षेपण)2. विद्युत चुम्बकीय नियंत्रण के साथ (चुंबकीय विक्षेपण कुंडलियाँ जोड़ी जाती हैं)। सीआरटी के मुख्य अनुप्रयोग:टेलीविजन उपकरण में पिक्चर ट्यूब; कंप्यूटर डिस्प्ले; मापने की तकनीक में इलेक्ट्रॉनिक ऑसिलोस्कोप।परीक्षा प्रश्न47. निम्नलिखित में से किस मामले में थर्मिओनिक उत्सर्जन की घटना देखी गई है?A. प्रकाश के प्रभाव में परमाणुओं का आयनीकरण। B. परिणामस्वरूप परमाणुओं का आयनीकरण टक्करउच्च तापमान पर. B. टेलीविजन ट्यूब में गर्म कैथोड की सतह से इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन। D. जब विद्युत धारा किसी इलेक्ट्रोलाइट विलयन से होकर गुजरती है।

क्या विद्युत धारा का निर्वात (लैटिन वैक्यूम से - शून्यता) में फैलना संभव है? चूँकि निर्वात में कोई मुक्त आवेश वाहक नहीं होता है, यह एक आदर्श ढांकता हुआ है। आयनों की उपस्थिति से निर्वात गायब हो जाएगा और आयनित गैस का उत्पादन होगा। लेकिन मुक्त इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति निर्वात के माध्यम से धारा के प्रवाह को सुनिश्चित करेगी। निर्वात में मुक्त इलेक्ट्रॉन कैसे प्राप्त करें? थर्मिओनिक उत्सर्जन की घटना का उपयोग करना - गर्म होने पर किसी पदार्थ द्वारा इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन।

वैक्यूम डायोड, ट्रायोड, कैथोड रे ट्यूब (पुराने टीवी में) ऐसे उपकरण हैं जिनका संचालन थर्मिओनिक उत्सर्जन की घटना पर आधारित है। ऑपरेशन का मूल सिद्धांत: एक दुर्दम्य सामग्री की उपस्थिति जिसके माध्यम से करंट प्रवाहित होता है - कैथोड, एक ठंडा इलेक्ट्रोड जो थर्मिओनिक इलेक्ट्रॉनों को एकत्र करता है - एनोड।

भरा हुआ वैक्यूम किसी भी पंप से प्राप्त नहीं किया जा सकता। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि हम लैंप को कितना पंप करते हैं, उसमें गैस के निशान हमेशा बने रहेंगे। इसलिए, एक लैंप में, जिस विद्युत धारा से हम अभी परिचित हुए हैं वह वास्तव में निर्वात में नहीं, बल्कि एक बहुत ही दुर्लभ गैस में प्रवाहित होती है।

आधुनिक पंप इतना उच्च वैक्यूम प्रदान करते हैं कि डिस्चार्ज ट्यूब में बचे अणुओं का इलेक्ट्रॉनों की गति पर लगभग कोई प्रभाव नहीं पड़ता है और करंट उसी तरह प्रवाहित होता है जैसे पूर्ण वैक्यूम में होता है। हालाँकि, कुछ मामलों में लैंप को जानबूझकर इस हद तक खाली नहीं किया जाता है। ऐसे लैंप में इलेक्ट्रॉन अपने पथ में गैस के अणुओं से बार-बार टकराते हैं। जब वे हमला करते हैं, तो वे अपनी ऊर्जा का कुछ हिस्सा गैस अणुओं में स्थानांतरित करते हैं। आमतौर पर इस ऊर्जा का उपयोग गैस को गर्म करने के लिए किया जाता है, लेकिन कुछ स्थितियों में गैस के अणु या परमाणु इसे प्रकाश के रूप में उत्सर्जित करते हैं। ऐसी चमकदार ट्यूबें मेट्रो के दरवाजों के ऊपर, दुकान की खिड़कियों और स्टोर के संकेतों पर देखी जा सकती हैं।

किसी गैस में विद्युत धारा का प्रवाहित होना एक अत्यंत जटिल और विविध घटना है। इसका एक रूप इलेक्ट्रिक आर्क है, जिसका उपयोग इलेक्ट्रिक वेल्डिंग और धातुओं को पिघलाने में किया जाता है।

वायुमंडलीय दबाव पर इसमें तापमान लगभग 3700 डिग्री है। 20 वायुमंडल तक संपीड़ित गैस में जलने वाले चाप में तापमान 5900 डिग्री तक पहुंच जाता है, यानी सूर्य की सतह का तापमान।

इलेक्ट्रिक आर्क चमकदार सफेद रोशनी उत्सर्जित करता है और इसलिए इसे प्रक्षेपण लैंप और फ्लडलाइट में एक शक्तिशाली प्रकाश स्रोत के रूप में भी उपयोग किया जाता है।

विद्युत निर्वहन का दूसरा रूप गैस ब्रेकडाउन है। हम दो विपरीत रूप से आवेशित धातु की गेंदों को एक साथ करीब लाएंगे (कवर पर चित्र देखें)। इस स्थिति में, उनके बीच विद्युत क्षेत्र बढ़ जाता है। अंत में, यह इतना बड़ा हो जाता है कि यह गेंदों के बीच हवा के अणुओं से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल देता है। वायु का आयनीकरण होता है। परिणामी मुक्त इलेक्ट्रॉन और आयन गेंदों की ओर दौड़ते हैं। अपने रास्ते में, वे नए अणुओं को तोड़ते हैं और नए आयन बनाते हैं। हवा क्षण भर के लिए प्रवाहकीय हो जाती है।

गेंदों के पास जाकर, आयन गेंदों के आवेशों को निष्क्रिय कर देते हैं; फ़ील्ड गायब हो जाता है. शेष आयन पुनः संयोजित होकर अणुओं में बदल जाते हैं। हवा फिर से एक इन्सुलेटर है.

यह सब कुछ ही पल में घटित हो जाता है। टूटने के साथ चिंगारी और कर्कश ध्वनि भी होती है। चिंगारी उड़ते आवेशों के प्रभाव से उत्तेजित अणुओं की चमक का परिणाम है। दरार चिंगारी के मार्ग में गर्म होने के कारण हवा के विस्तार के कारण होती है।

यह घटना लघु बिजली और गड़गड़ाहट से मिलती जुलती है। दरअसल, बिजली वही विद्युत निर्वहन है जो तब होता है जब दो विपरीत चार्ज वाले बादल एक साथ आते हैं या एक बादल और पृथ्वी के बीच आते हैं।

अब हम दो पूर्व-चार्ज गेंदों को नहीं, बल्कि पर्याप्त शक्तिशाली जनरेटर से जुड़े दो कार्बन या धातु इलेक्ट्रोड को एक साथ लाएंगे। उनके बीच होने वाला डिस्चार्ज बंद नहीं होता है, क्योंकि जनरेटर के लिए धन्यवाद, इलेक्ट्रोड उन पर गिरने वाले आयनों से बेअसर नहीं होते हैं। हवा के बहुत ही अल्पकालिक टूटने के बजाय, एक स्थिर विद्युत चाप बनता है (चित्र 12), जिसके बारे में हम पहले ही ऊपर चर्चा कर चुके हैं। चाप में विकसित होने वाला उच्च तापमान इलेक्ट्रोड के बीच हवा की आयनित स्थिति को बनाए रखता है और कैथोड से महत्वपूर्ण थर्मोनिक उत्सर्जन भी पैदा करता है।

रेडियो इंजीनियरिंग में सेमीकंडक्टर उपकरणों का उपयोग शुरू होने से पहले, हर जगह वैक्यूम ट्यूब का उपयोग किया जाता था।

निर्वात अवधारणा

इलेक्ट्रॉन ट्यूब दोनों सिरों पर सील की गई एक ग्लास ट्यूब थी, जिसके एक तरफ कैथोड और दूसरी तरफ एक एनोड था। गैस को ट्यूब से ऐसी अवस्था में छोड़ा गया जिसमें गैस के अणु बिना टकराए एक दीवार से दूसरी दीवार तक उड़ सकें। गैस की इस अवस्था को कहा जाता है वैक्यूम. दूसरे शब्दों में, वैक्यूम एक अत्यधिक दुर्लभ गैस है।

ऐसी परिस्थितियों में, लैंप के अंदर चालकता केवल चार्ज कणों को स्रोत में पेश करके सुनिश्चित की जा सकती है। चार्ज किए गए कणों को लैंप के अंदर प्रदर्शित करने के लिए, उन्होंने थर्मिओनिक उत्सर्जन जैसे निकायों की एक संपत्ति का उपयोग किया।

थर्मिओनिक उत्सर्जन उच्च तापमान के प्रभाव में किसी पिंड द्वारा इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन की घटना है। कई पदार्थों के लिए, थर्मिओनिक उत्सर्जन उस तापमान पर शुरू होता है जिस पर पदार्थ का वाष्पीकरण अभी तक शुरू नहीं हो सकता है। लैंप में कैथोड ऐसे पदार्थों से बनाये जाते थे।

निर्वात में विद्युत धारा

फिर कैथोड को गर्म किया गया, जिससे यह लगातार इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करता रहा। इन इलेक्ट्रॉनों ने कैथोड के चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन बादल बनाया। जब एक शक्ति स्रोत को इलेक्ट्रोड से जोड़ा गया, तो उनके बीच एक विद्युत क्षेत्र का निर्माण हुआ।

इसके अलावा, यदि स्रोत का सकारात्मक ध्रुव एनोड से जुड़ा है, और नकारात्मक ध्रुव कैथोड से जुड़ा है, तो विद्युत क्षेत्र शक्ति वेक्टर को कैथोड की ओर निर्देशित किया जाएगा। इस बल के प्रभाव में, कुछ इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉन बादल से बच जाते हैं और एनोड की ओर बढ़ने लगते हैं। इस प्रकार, वे लैंप के अंदर विद्युत प्रवाह पैदा करते हैं।

यदि आप लैंप को अलग तरीके से जोड़ते हैं, तो सकारात्मक ध्रुव कैथोड से जुड़ा होता है, और नकारात्मक ध्रुव एनोड से जुड़ा होता है, तो विद्युत क्षेत्र की ताकत कैथोड से एनोड तक निर्देशित की जाएगी। यह विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को वापस कैथोड की ओर धकेल देगा और कोई चालन नहीं होगा। सर्किट खुला रहेगा. इस संपत्ति को कहा जाता है एकतरफ़ा चालकता.

वैक्यूम डायोड

अतीत में, दो इलेक्ट्रोड वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में एकल-पक्षीय चालन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था। ऐसे उपकरण बुलाए गए वैक्यूम डायोड. एक समय में उन्होंने वह भूमिका निभाई जो सेमीकंडक्टर डायोड अब निभाते हैं।

अधिकतर विद्युत धारा को सीधा करने के लिए उपयोग किया जाता है। फिलहाल, वैक्यूम डायोड का व्यावहारिक रूप से कहीं भी उपयोग नहीं किया जाता है। इसके बजाय, सभी प्रगतिशील मानवता अर्धचालक डायोड का उपयोग करती है।

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