Elektron kaynakları, elektron radyasyonu türleri, iyonlaşma nedenleri
Elektronik cihazların çalışma prensiplerini anlamak ve açıklamak için şu soruyu cevaplamak gerekir: Elektronlar nasıl ayrılır?Bu yazımızda cevaplayacağız.
Modern teoriye göre atom, pozitif bir yüke sahip olan ve atomun neredeyse tüm kütlesini kendi içinde toplayan bir çekirdekten ve çekirdeğin etrafında bulunan negatif yüklü elektronlardan oluşur. Atom bir bütün olarak elektriksel olarak nötrdürbu nedenle, çekirdeğin yükü, çevredeki elektronların yüküne eşit olmalıdır.
Tüm kimyasallar moleküllerden ve moleküller de atomlardan yapıldığından, katı, sıvı veya gaz halindeki herhangi bir madde potansiyel bir elektron kaynağıdır. Aslında, maddenin üç toplu hali de teknik cihazlarda bir elektron kaynağı olarak kullanılır.
Özellikle önemli bir elektron kaynağı, genellikle bu amaç için teller veya şeritler halinde kullanılan metallerdir.
Şu soru ortaya çıkıyor: eğer böyle bir filaman elektron içeriyorsa ve bu elektronlar nispeten serbestse, yani metal içinde az ya da çok serbestçe hareket edebiliyorlarsa (bu gerçekten böyledir, çok küçük bir potansiyel farkın bile, böyle bir ipliğin her iki ucuna uygulandığında elektron akışını yönlendirir), o zaman neden elektronlar metalden dışarı uçmaz ve normal koşullar altında bir elektron kaynağı oluşturmaz? Bu soruya basit bir cevap, temel elektrostatik teori temelinde verilebilir.
Elektronların metali terk ettiğini varsayalım. O zaman metal pozitif bir yük almalıdır. Zıt işaretli yükler birbirini çektiğinden, bazı dış etkenler bunu engellemedikçe elektronlar yine metale çekilecektir.
Bir metaldeki elektronlara metali terk etmeleri için yeterli enerjinin verilmesinin birkaç yolu vardır:
1. Termiyonik radyasyon
Termiyonik radyasyon, akkor cisimlerden elektron emisyonudur. Termiyonik radyasyon, elektronik cihazların ve ısıdan elektriğe dönüştürücülerin termiyonik katotları için malzeme olarak kullanımlarıyla bağlantılı olarak katılarda ve özellikle metallerde ve yarı iletkenlerde incelenmiştir.
Beyaz ısının üzerindeki bir sıcaklığa ısıtıldığında cisimlerden negatif elektrik kaybı olgusu, 18. yüzyılın sonlarından beri bilinmektedir. V. V. Petrov (1812), Thomas Edison (1889) ve diğerleri, bu fenomenin bir dizi niteliksel yasasını oluşturdu. 1930'lara gelindiğinde, yayılan elektron sayısı, vücut sıcaklığı ve iş fonksiyonu arasındaki ana analitik ilişkiler belirlendi.
Uçlarına voltaj uygulandığında filamandan geçen akım filamanı ısıtır. Metalin sıcaklığı yeterince yüksek olduğunda, elektronlar metalin yüzeyini terk edecek ve çevreleyen boşluğa kaçacaktır.
Bu şekilde kullanılan metale termiyonik katot, elektronların bu şekilde salınmasına da termiyonik radyasyon denir. Termiyonik radyasyona neden olan işlemler, bir sıvının yüzeyinden moleküllerin buharlaşma işlemlerine benzer.
Her iki durumda da bir miktar iş yapılmalıdır.Bir sıvı söz konusu olduğunda bu iş, bir gram maddenin sıvı halden gaz hale geçmesi için gereken enerjiye eşit olan gizli buharlaşma ısısıdır.
Termiyonik radyasyon durumunda, sözde iş fonksiyonu metalden bir elektronu buharlaştırmak için gereken minimum enerjidir. Daha önce radyo mühendisliğinde kullanılan vakumlu amplifikatörler genellikle termiyonik katotlara sahipti.
2. Fotoemisyon
Işığın çeşitli malzemelerin yüzeyindeki etkisi de elektronların salınmasına neden olur. Işık enerjisi, maddenin elektronlarına metali terk edebilmeleri için gerekli ekstra enerjiyi sağlamak için kullanılır.
Bu yöntemde elektron kaynağı olarak kullanılan malzemeye fotovoltaik katot, elektronların salınma işlemine ise fotovoltaik katot adı verilir. fotovoltaik veya fotoelektron emisyonları… Elektronları bu şekilde serbest bırakmanın yolu elektrikli gözün temelidir— fotosel.
3. İkincil emisyonlar
Parçacıklar (elektronlar veya pozitif iyonlar) metal bir yüzeye çarptığında, bu parçacıkların kinetik enerjisinin bir kısmı veya kinetik enerjisinin tamamı metalin bir veya daha fazla elektronuna aktarılabilir ve bunun sonucunda metalden ayrılacak kadar enerji kazanırlar. metal. Bu sürece ikincil elektron emisyonu denir.
4. Otoelektronik emisyonlar
Metalin yüzeyinin yakınında çok güçlü bir elektrik alanı varsa, elektronları metalden uzaklaştırabilir. Bu fenomene alan emisyonu veya soğuk emisyon denir.
Cıva, alan emisyon katodu olarak yaygın olarak kullanılan tek metaldir (eski cıvalı doğrultucularda). Cıva katotları çok yüksek akım yoğunluklarına izin verir ve 3000 kW'a kadar doğrultucuların tasarlanmasına olanak sağlar.
Elektronlar ayrıca gaz halindeki bir maddeden çeşitli şekillerde salınabilir. Bir atomun elektron kaybetmesine iyonlaşma denir.… Elektron kaybetmiş bir atoma pozitif iyon denir.
İyonizasyon işlemi aşağıdaki nedenlerden dolayı gerçekleşebilir:
1. Elektronik bombardıman
Gazla dolu bir lambadaki serbest bir elektron, elektrik alanı nedeniyle bir gaz molekülünü veya atomunu iyonize etmeye yetecek kadar enerji elde edebilir. Bu işlem bir çığ karakterine sahip olabilir, çünkü bir atomdan bir elektronu çıkardıktan sonra, gelecekte her iki elektron da gaz parçacıklarıyla çarpıştığında yeni elektronlar salabilir.
Birincil elektronlar, yukarıda tartışılan yöntemlerden herhangi biriyle bir katıdan serbest bırakılabilir ve bir katının rolü, hem gazın çevrelendiği kabuk hem de lambanın içine yerleştirilmiş elektrotlardan herhangi biri tarafından oynanabilir.Birincil elektronlar ayrıca fotovoltaik radyasyonla da üretilebilir.
2. Fotoelektrik iyonizasyon
Gaz görünür veya görünmez radyasyona maruz kalırsa, o radyasyonun enerjisi (bir atom tarafından emildiğinde) bazı elektronları yok etmeye yetebilir. Bu mekanizma, belirli gaz deşarj türlerinde önemli bir rol oynar. Ek olarak, gazın kendisinden uyarılmış parçacıkların emisyonu nedeniyle bir gazda bir fotoelektrik etki meydana gelebilir.
3. Pozitif iyon bombardımanı
Nötr bir gaz molekülüne çarpan pozitif bir iyon, elektron bombardımanında olduğu gibi bir elektronu serbest bırakabilir.
4. Termal iyonlaşma
Gazın sıcaklığı yeterince yüksekse, moleküllerini oluşturan elektronların bir kısmı ait oldukları atomları terk edecek kadar enerji kazanabilirler. Bu fenomen, metalden termoelektrik radyasyona benzer.Bu tip emisyon, yalnızca yüksek basınçta güçlü bir ark durumunda rol oynar.
En önemli rol, elektron bombardımanının bir sonucu olarak gazın iyonlaşmasıyla oynanır. Fotoelektrik iyonizasyon, bazı gaz deşarj türlerinde önemlidir. Kalan işlemler daha az önemlidir.
Nispeten yakın zamana kadar, çeşitli tasarımlara sahip vakum cihazları her yerde kullanılıyordu: iletişim teknolojilerinde (özellikle radyo iletişiminde), radarlarda, enerjide, alet yapımında vb.
Elektrovakum cihazlarının enerji alanında kullanımı, alternatif akımın doğru akıma dönüştürülmesi (doğrultma), doğru akımın alternatif akıma dönüştürülmesi (inverting), frekansın değiştirilmesi, elektrik motorlarının hızının ayarlanması, alternatif akımın voltajının otomatik olarak kontrol edilmesinden oluşmaktadır. ve doğru akım jeneratörleri, elektrik kaynağında önemli güçlerin açılıp kapanması, aydınlatma kontrolü.
Elektron Tüpleri — Tarihçe, Çalışma Prensibi, Tasarım ve Uygulama
Radyasyonun elektronlarla etkileşiminin kullanılması, fotosellerin ve gaz deşarjlı ışık kaynaklarının yaratılmasına yol açtı: neon, cıva ve flüoresan lambalar. Tiyatro ve endüstriyel aydınlatma düzenlerinde elektronik kontrol son derece önemliydi.
Şu anda, bu işlemlerin tamamı yarı iletken elektronik cihazlar kullanıyor ve aydınlatma için kullanılıyor. LED teknolojisi.