vakumda elektrik akımı

Teknik anlamda uzaya, sıradan bir gaz ortamına kıyasla önemsiz olan madde miktarına vakum denir. Vakum basıncı, atmosferik basınçtan en az iki kat daha düşüktür; bu koşullar altında, içinde neredeyse hiç ücretsiz taşıyıcı yoktur.

Ama bildiğimiz gibi Elektrik şoku bir elektrik alanının etkisi altında yüklü parçacıkların düzenli hareketi olarak adlandırılırken, bir vakumda, tanım gereği, kararlı bir akım oluşturmak için yeterli sayıda yüklü parçacık yoktur. Bu, boşlukta bir akım oluşturmak için ona bir şekilde yüklü parçacıklar eklemek gerektiği anlamına gelir.

1879'da Thomas Edison, bugün bir metal katodu (negatif elektrot) elektronların uçmaya başlayacağı bir duruma ısıtarak vakumda serbest elektronlar elde etmenin kanıtlanmış yollarından biri olan termiyonik radyasyon fenomenini keşfetti. Bu fenomen, birçok vakum elektronik cihazında, özellikle vakum tüplerinde kullanılmaktadır.

İki metal elektrotu bir vakuma yerleştirelim ve bunları bir DC voltaj kaynağına bağlayalım, ardından negatif elektrotu (katot) ısıtmaya başlayalım. Bu durumda katot içindeki elektronların kinetik enerjisi artacaktır. Bu şekilde ek olarak elde edilen elektron enerjisi, potansiyel engeli aşmak için (katod metalinin çalışma işlevini gerçekleştirmek için) yeterli olduğu ortaya çıkarsa, bu tür elektronlar elektrotlar arasındaki boşluğa kaçabilecektir.

Elektrotlar arasında olduğu için Elektrik alanı (yukarıdaki kaynak tarafından oluşturulur), bu alana giren elektronlar anot (pozitif elektrot) yönünde hızlanmaya başlamalıdır, yani teorik olarak bir vakumda bir elektrik akımı oluşacaktır.

Ancak bu her zaman mümkün değildir ve yalnızca elektron ışını, varlığı katodun (elektron bulutu) yakınında bir uzay yükünün ortaya çıkmasından kaynaklanan katodun yüzeyindeki potansiyel çukurun üstesinden gelebilirse.

Bazı elektronlar için elektrotlar arasındaki voltaj, ortalama kinetik enerjilerine göre çok düşük olacak, bu kuyudan çıkmak için yeterli olmayacak ve geri dönecekler ve bazıları için - sonrası elektronları sakinleştirecek kadar yüksek olacak. ve elektrik alan tarafından hızlandırılmaya başlar. Böylece, elektrotlara uygulanan voltaj ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla elektron katottan ayrılacak ve bir vakumda akım taşıyıcıları haline gelecektir.

Bu nedenle, bir vakumda bulunan elektrotlar arasındaki voltaj ne kadar yüksekse, katodun yakınındaki potansiyelin derinliği o kadar küçük olur.Sonuç olarak, termiyonik radyasyon sırasında vakumdaki akım yoğunluğunun, Langmuir yasası (Amerikalı fizikçi Irving Langmuir'in onuruna) veya üçüncü yasa olarak adlandırılan bir ilişkiyle anot voltajıyla ilişkili olduğu ortaya çıktı:

Ohm yasasının aksine burada ilişki doğrusal değildir. Ayrıca, elektrotlar arasındaki potansiyel fark arttıkça, vakum akımı yoğunluğu, katottaki elektron bulutundan tüm elektronların anoda ulaştığı bir durum olan doygunluk oluşana kadar artacaktır. Elektrotlar arasındaki potansiyel farkın daha da artması, akımda bir artışa neden olmaz. R

Farklı katot malzemeleri, doyma akımı ile karakterize edilen farklı yayıcılığa sahiptir.Doyma akımı yoğunluğu, akım yoğunluğunu katot malzemesinin parametreleriyle ilişkilendiren Richardson-Deshman formülü ile belirlenebilir:

Burada:

Bu formül bilim adamları tarafından kuantum istatistiklerine dayalı olarak türetilmiştir.