व्हॅक्यूममध्ये विद्युत प्रवाह

तांत्रिक अर्थाने, अवकाशाला व्हॅक्यूम असे म्हणतात, ज्यामध्ये पदार्थाचे प्रमाण, सामान्य वायू माध्यमाच्या तुलनेत, नगण्य असते. व्हॅक्यूम दाब वायुमंडलीय दाबापेक्षा किमान दोन ऑर्डर कमी आहे; अशा परिस्थितीत, त्यात व्यावहारिकपणे कोणतेही विनामूल्य शुल्क वाहक नाहीत.

पण आपल्याला माहीत आहे विजेचा धक्का विद्युत क्षेत्राच्या क्रियेखाली चार्ज केलेल्या कणांची क्रमबद्ध हालचाल म्हणतात, तर व्हॅक्यूममध्ये, व्याख्येनुसार, स्थिर विद्युत् प्रवाह तयार करण्यासाठी पुरेसे चार्ज केलेले कण नाहीत. याचा अर्थ व्हॅक्यूममध्ये विद्युतप्रवाह निर्माण करण्यासाठी, त्यात कसे तरी चार्ज केलेले कण जोडणे आवश्यक आहे.

1879 मध्ये, थॉमस एडिसनने थर्मिओनिक रेडिएशनची घटना शोधून काढली, जी आज मेटल कॅथोड (नकारात्मक इलेक्ट्रोड) अशा स्थितीत गरम करून व्हॅक्यूममध्ये मुक्त इलेक्ट्रॉन मिळविण्याचा एक सिद्ध मार्ग आहे की इलेक्ट्रॉन त्यातून उडू लागतात. ही घटना बर्‍याच व्हॅक्यूम इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये वापरली जाते, विशेषतः व्हॅक्यूम ट्यूबमध्ये.

चला व्हॅक्यूममध्ये दोन धातूचे इलेक्ट्रोड ठेवू आणि त्यांना डीसी व्होल्टेज स्त्रोताशी जोडू या, नंतर नकारात्मक इलेक्ट्रोड (कॅथोड) गरम करणे सुरू करा. या प्रकरणात, कॅथोडच्या आत इलेक्ट्रॉनची गतीशील ऊर्जा वाढेल. जर अशा प्रकारे अतिरिक्तपणे प्राप्त केलेली इलेक्ट्रॉन उर्जा संभाव्य अडथळ्यावर मात करण्यासाठी (कॅथोड धातूचे कार्य करण्यासाठी) पुरेशी ठरली, तर असे इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोडच्या दरम्यानच्या जागेत पळून जाण्यास सक्षम असतील.

इलेक्ट्रोड्स दरम्यान असल्याने विद्युत क्षेत्र (वरील स्त्रोताद्वारे तयार केलेले), या फील्डमध्ये प्रवेश करणार्या इलेक्ट्रॉन्सने एनोड (सकारात्मक इलेक्ट्रोड) च्या दिशेने वेग वाढवणे सुरू केले पाहिजे, म्हणजे, सैद्धांतिकदृष्ट्या, व्हॅक्यूममध्ये विद्युत प्रवाह येईल.

परंतु हे नेहमीच शक्य नसते आणि जर इलेक्ट्रॉन बीम कॅथोडच्या पृष्ठभागावरील संभाव्य खड्ड्यावर मात करण्यास सक्षम असेल तरच, ज्याची उपस्थिती कॅथोड (इलेक्ट्रॉन क्लाउड) जवळ स्पेस चार्ज दिसण्यामुळे होते.

काही इलेक्ट्रॉन्ससाठी इलेक्ट्रोड्समधील व्होल्टेज त्यांच्या सरासरी गतीज उर्जेच्या तुलनेत खूप कमी असेल, हे विहिरीतून बाहेर पडण्यासाठी पुरेसे नाही आणि ते परत जातील आणि काहींसाठी ते खाली - पुढे इलेक्ट्रॉनांना शांत करण्यासाठी पुरेसे उच्च असेल. आणि विद्युत क्षेत्राद्वारे प्रवेगक होण्यास सुरवात होते. अशा प्रकारे, इलेक्ट्रोड्सवर जितके जास्त व्होल्टेज लागू होईल तितके जास्त इलेक्ट्रॉन कॅथोड सोडतील आणि व्हॅक्यूममध्ये वर्तमान वाहक बनतील.

तर, व्हॅक्यूममध्ये असलेल्या इलेक्ट्रोड्समधील व्होल्टेज जितके जास्त असेल तितकी कॅथोडजवळील संभाव्य विहिरीची खोली कमी असेल.परिणामी, असे दिसून आले की थर्मिओनिक रेडिएशन दरम्यान व्हॅक्यूममधील वर्तमान घनता एनोड व्होल्टेजशी लँगमुइरचा कायदा (अमेरिकन भौतिकशास्त्रज्ञ इरविंग लॅंगमुइर यांच्या सन्मानार्थ) किंवा तृतीयचा नियम म्हणून संबंधित आहे:

ओमच्या नियमाच्या विपरीत, येथे संबंध अ-रेखीय आहे. तसेच, इलेक्ट्रोडमधील संभाव्य फरक जसजसा वाढत जाईल, तसतसे संपृक्तता येईपर्यंत व्हॅक्यूम करंटची घनता वाढेल, अशी स्थिती जेथे कॅथोडवरील इलेक्ट्रॉन क्लाउडमधील सर्व इलेक्ट्रॉन एनोडपर्यंत पोहोचतात. इलेक्ट्रोडमधील संभाव्य फरक आणखी वाढवल्याने विद्युत प्रवाहात वाढ होणार नाही. आर

वेगवेगळ्या कॅथोड सामग्रीमध्ये भिन्न उत्सर्जनक्षमता असते, संपृक्तता प्रवाहाद्वारे वैशिष्ट्यीकृत. संपृक्तता वर्तमान घनता रिचर्डसन-देशमन सूत्राद्वारे निर्धारित केली जाऊ शकते, जी कॅथोड सामग्रीच्या मापदंडांशी वर्तमान घनतेशी संबंधित आहे:

येथे:

हे सूत्र शास्त्रज्ञांनी क्वांटम आकडेवारीच्या आधारे काढले.