इलेक्ट्रॉनचे स्त्रोत, इलेक्ट्रॉन रेडिएशनचे प्रकार, आयनीकरणाची कारणे

इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या ऑपरेशनची तत्त्वे समजून घेण्यासाठी आणि स्पष्ट करण्यासाठी, खालील प्रश्नाचे उत्तर देणे आवश्यक आहे: इलेक्ट्रॉन कसे वेगळे केले जातात? आम्ही या लेखात उत्तर देऊ.

आधुनिक सिद्धांतानुसार, अणूमध्ये एक न्यूक्लियस असतो, ज्यामध्ये सकारात्मक चार्ज असतो आणि अणूच्या जवळजवळ संपूर्ण वस्तुमान स्वतःमध्ये केंद्रित असतो आणि न्यूक्लियसभोवती स्थित नकारात्मक चार्ज केलेले इलेक्ट्रॉन असतात. संपूर्ण अणू विद्युतदृष्ट्या तटस्थ आहे, म्हणून, न्यूक्लियसचा चार्ज आसपासच्या इलेक्ट्रॉनच्या चार्जच्या बरोबरीचा असावा.

सर्व रसायने रेणूंनी बनलेली असल्याने आणि रेणू अणूपासून बनलेले असल्याने, घन, द्रव किंवा वायू स्थितीतील कोणताही पदार्थ हा इलेक्ट्रॉनचा संभाव्य स्रोत असतो. खरं तर, इलेक्ट्रॉनचा स्रोत म्हणून तांत्रिक उपकरणांमध्ये पदार्थाच्या तीनही एकत्रित अवस्थांचा वापर केला जातो.

इलेक्ट्रॉन्सचा एक विशेष महत्त्वाचा स्त्रोत म्हणजे धातू, ज्याचा वापर सामान्यतः वायर्स किंवा रिबनच्या स्वरूपात केला जातो.

प्रश्न उद्भवतो: जर अशा फिलामेंटमध्ये इलेक्ट्रॉन असतात आणि जर हे इलेक्ट्रॉन तुलनेने मुक्त असतील, म्हणजेच ते धातूच्या आत कमी-अधिक प्रमाणात मुक्तपणे हलवू शकतात (असेच खरे आहे, आम्हाला खात्री आहे की अगदी लहान संभाव्य फरक देखील, अशा थ्रेडच्या दोन्ही टोकांना लागू केल्याने त्या बाजूने इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह निर्देशित होतो), मग इलेक्ट्रॉन धातूच्या बाहेर का उडत नाहीत आणि सामान्य परिस्थितीत इलेक्ट्रॉनचा स्त्रोत का बनत नाहीत? या प्रश्नाचे साधे उत्तर प्राथमिक इलेक्ट्रोस्टॅटिक सिद्धांताच्या आधारे दिले जाऊ शकते.

समजा इलेक्ट्रॉन धातू सोडतात. मग धातूने सकारात्मक शुल्क प्राप्त केले पाहिजे. विरुद्ध चिन्हांचे शुल्क एकमेकांना आकर्षित करत असल्याने, काही बाह्य प्रभाव यास प्रतिबंध करत नाही तोपर्यंत इलेक्ट्रॉन पुन्हा धातूकडे आकर्षित होतील.

धातूमध्ये इलेक्ट्रॉनला धातू सोडण्यासाठी पुरेशी ऊर्जा दिली जाऊ शकते असे अनेक मार्ग आहेत:

1. थर्मिओनिक विकिरण

थर्मिओनिक रेडिएशन म्हणजे इनॅन्डेन्सेंट बॉडीमधून इलेक्ट्रॉनचे उत्सर्जन. इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या थर्मिओनिक कॅथोड्स आणि उष्णता-ते-विद्युत कन्व्हर्टरसाठी सामग्री म्हणून त्यांचा वापर करण्याच्या संबंधात घन पदार्थांमध्ये आणि विशेषतः धातू आणि अर्धसंवाहकांमध्ये थर्मिओनिक रेडिएशनचा अभ्यास केला गेला आहे.

पांढऱ्या उष्णतेपेक्षा जास्त तापमानाला गरम केल्यावर शरीरातून नकारात्मक वीज गमावण्याची घटना 18 व्या शतकाच्या उत्तरार्धापासून ज्ञात आहे. व्ही. व्ही. पेट्रोव्ह (1812), थॉमस एडिसन (1889) आणि इतरांनी या घटनेचे अनेक गुणात्मक कायदे स्थापित केले. 1930 पर्यंत, उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनची संख्या, शरीराचे तापमान आणि कार्य कार्य यांच्यातील मुख्य विश्लेषणात्मक संबंध निर्धारित केले गेले.

जेव्हा त्याच्या टोकाला व्होल्टेज लावला जातो तेव्हा फिलामेंटमधून वाहणारा प्रवाह फिलामेंटला गरम करतो. जेव्हा धातूचे तापमान पुरेसे जास्त असते तेव्हा इलेक्ट्रॉन धातूचा पृष्ठभाग सोडून आसपासच्या जागेत पळून जातील.

अशा प्रकारे वापरल्या जाणार्‍या धातूला थर्मिओनिक कॅथोड म्हणतात आणि अशा प्रकारे इलेक्ट्रॉन्स सोडण्याला थर्मिओनिक रेडिएशन म्हणतात. थर्मिओनिक किरणोत्सर्गास कारणीभूत असलेल्या प्रक्रिया द्रवाच्या पृष्ठभागावरून रेणूंच्या बाष्पीभवनाच्या प्रक्रियेसारख्याच असतात.

दोन्ही प्रकरणांमध्ये, काही काम केले पाहिजे. द्रवाच्या बाबतीत, हे कार्य म्हणजे बाष्पीभवनाची सुप्त उष्णता, पदार्थाच्या एक ग्रॅम द्रवपदार्थातून वायू स्थितीत बदलण्यासाठी आवश्यक उर्जेइतकी.

थर्मिओनिक रेडिएशनच्या बाबतीत, तथाकथित कार्य कार्य म्हणजे धातूपासून एक इलेक्ट्रॉन बाष्पीभवन करण्यासाठी आवश्यक असलेली किमान ऊर्जा. पूर्वी रेडिओ अभियांत्रिकीमध्ये वापरल्या जाणार्‍या व्हॅक्यूम अॅम्प्लीफायरमध्ये सामान्यतः थर्मिओनिक कॅथोड्स होते.

2. फोटो उत्सर्जन

विविध पदार्थांच्या पृष्ठभागावरील प्रकाशाच्या क्रियेमुळे इलेक्ट्रॉन देखील बाहेर पडतात. प्रकाश उर्जेचा वापर पदार्थाच्या इलेक्ट्रॉन्सना आवश्यक अतिरिक्त ऊर्जा प्रदान करण्यासाठी केला जातो जेणेकरून ते धातू सोडू शकतील.

या पद्धतीत इलेक्ट्रॉनचा स्त्रोत म्हणून वापरल्या जाणार्‍या सामग्रीला फोटोव्होल्टेइक कॅथोड म्हणतात आणि इलेक्ट्रॉन सोडण्याची प्रक्रिया म्हणून ओळखली जाते. फोटोव्होल्टेइक किंवा फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन… इलेक्ट्रॉन सोडण्याचा हा मार्ग विद्युत डोळ्याचा आधार आहे- फोटोसेल.

3. दुय्यम उत्सर्जन

जेव्हा कण (इलेक्ट्रॉन किंवा सकारात्मक आयन) धातूच्या पृष्ठभागावर आघात करतात, तेव्हा या कणांच्या गतीज उर्जेचा काही भाग किंवा त्यांची सर्व गतीज ऊर्जा धातूच्या एक किंवा अधिक इलेक्ट्रॉनमध्ये हस्तांतरित केली जाऊ शकते, परिणामी ते सोडण्यासाठी पुरेशी ऊर्जा प्राप्त करतात. धातू या प्रक्रियेला दुय्यम इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन म्हणतात.

4. ऑटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन

जर धातूच्या पृष्ठभागाजवळ खूप मजबूत विद्युत क्षेत्र असेल तर ते इलेक्ट्रॉन धातूपासून दूर खेचू शकते. या घटनेला फील्ड एमिशन किंवा शीत उत्सर्जन म्हणतात.

पारा हा एकमेव धातू आहे जो मोठ्या प्रमाणावर फील्ड एमिशन कॅथोड म्हणून वापरला जातो (जुन्या पारा रेक्टिफायर्समध्ये). पारा कॅथोड्स खूप जास्त वर्तमान घनतेला परवानगी देतात आणि 3000 kW पर्यंत रेक्टिफायर्सचे डिझाइन सक्षम करतात.

वायू पदार्थातून इलेक्ट्रॉन देखील अनेक प्रकारे सोडले जाऊ शकतात. ज्या प्रक्रियेद्वारे अणू इलेक्ट्रॉन गमावतो तिला आयनीकरण म्हणतात.… इलेक्ट्रॉन गमावलेल्या अणूला सकारात्मक आयन म्हणतात.

आयनीकरण प्रक्रिया खालील कारणांमुळे होऊ शकते:

1. इलेक्ट्रॉनिक भडिमार

गॅसने भरलेल्या दिव्यातील एक मुक्त इलेक्ट्रॉन, विद्युत क्षेत्रामुळे, गॅस रेणू किंवा अणूचे आयनीकरण करण्यासाठी पुरेशी ऊर्जा मिळवू शकतो. या प्रक्रियेमध्ये हिमस्खलन वर्ण असू शकतो, कारण अणूमधून इलेक्ट्रॉन बाहेर काढल्यानंतर, भविष्यात दोन्ही इलेक्ट्रॉन, जेव्हा ते वायूच्या कणांशी टक्कर घेतात तेव्हा नवीन इलेक्ट्रॉन सोडू शकतात.

वरील चर्चा केलेल्या कोणत्याही पद्धतींद्वारे प्राथमिक इलेक्ट्रॉन घनदाटातून सोडले जाऊ शकतात आणि घनाची भूमिका गॅस बंद केलेल्या शेलद्वारे आणि दिव्याच्या आत असलेल्या कोणत्याही इलेक्ट्रोडद्वारे खेळली जाऊ शकते.फोटोव्होल्टेइक रेडिएशनद्वारे प्राथमिक इलेक्ट्रॉन देखील तयार केले जाऊ शकतात.

2. फोटोइलेक्ट्रिक आयनीकरण

जर वायू दृश्यमान किंवा अदृश्य किरणोत्सर्गाच्या संपर्कात आला असेल, तर त्या किरणोत्सर्गाची उर्जा काही इलेक्ट्रॉन ठोठावण्यासाठी पुरेशी (जेव्हा अणू शोषली जाते) असू शकते. विशिष्ट प्रकारच्या गॅस डिस्चार्जमध्ये ही यंत्रणा महत्त्वाची भूमिका बजावते. याव्यतिरिक्त, गॅसमधूनच उत्तेजित कणांच्या उत्सर्जनामुळे गॅसमध्ये फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव होऊ शकतो.

3. सकारात्मक आयन भडिमार

एक सकारात्मक आयन तटस्थ वायूच्या रेणूला मारणारा इलेक्ट्रॉन सोडू शकतो, जसे की इलेक्ट्रॉन बॉम्बर्डमेंटच्या बाबतीत.

4. थर्मल आयनीकरण

वायूचे तापमान पुरेसे जास्त असल्यास, त्याचे रेणू बनवणारे काही इलेक्ट्रॉन ते ज्या अणूंचे आहेत ते सोडण्यासाठी पुरेशी ऊर्जा मिळवू शकतात. ही घटना धातूपासून थर्मोइलेक्ट्रिक रेडिएशन सारखीच आहे. या प्रकारचे उत्सर्जन केवळ उच्च दाबाने शक्तिशाली चापच्या बाबतीत भूमिका बजावते.

इलेक्ट्रॉन बॉम्बस्फोटाच्या परिणामी गॅसच्या आयनीकरणाद्वारे सर्वात महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावली जाते. काही प्रकारच्या गॅस डिस्चार्जमध्ये फोटोइलेक्ट्रिक आयनीकरण महत्वाचे आहे. उर्वरित प्रक्रिया कमी महत्त्वाच्या आहेत.

तुलनेने अलीकडे पर्यंत, विविध डिझाइनची व्हॅक्यूम उपकरणे सर्वत्र वापरली जात होती: संप्रेषण तंत्रज्ञानामध्ये (विशेषत: रेडिओ संप्रेषणे), रडारमध्ये, ऊर्जा, उपकरणे तयार करणे इ.

ऊर्जेच्या क्षेत्रात इलेक्ट्रोव्हॅक्यूम उपकरणांच्या वापरामध्ये पर्यायी विद्युत् प्रवाहाचे थेट प्रवाह (सुधारणा) मध्ये रूपांतरित करणे, थेट प्रवाहाचे पर्यायी प्रवाह (उलटणे) मध्ये रूपांतरित करणे, वारंवारता बदलणे, इलेक्ट्रिक मोटर्सचा वेग समायोजित करणे, वैकल्पिक करंटचे व्होल्टेज स्वयंचलितपणे नियंत्रित करणे समाविष्ट आहे. आणि डायरेक्ट करंट जनरेटर, इलेक्ट्रिक वेल्डिंग, लाइटिंग कंट्रोल मधील महत्त्वपूर्ण पॉवर चालू आणि बंद करणे.

इलेक्ट्रॉन ट्यूब्स - इतिहास, ऑपरेशनचे सिद्धांत, डिझाइन आणि अनुप्रयोग

इलेक्ट्रॉनसह रेडिएशनच्या परस्परसंवादाच्या वापरामुळे फोटोसेल आणि गॅस-डिस्चार्ज प्रकाश स्रोत तयार झाले: निऑन, पारा आणि फ्लोरोसेंट दिवे. नाट्य आणि औद्योगिक प्रकाश योजनांमध्ये इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रणाला अत्यंत महत्त्व होते.

सध्या, या सर्व प्रक्रिया अर्धसंवाहक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचा वापर करतात आणि प्रकाशासाठी वापरल्या जातात एलईडी तंत्रज्ञान.