Электрический ток в вакууме

Слайд 1. Электрический ток в вакууме

Устройство и принцип работы электронно-лучевой трубки

Слайд 2. Что такое вакуум?

Вакуум — это состояние газа при давлении значительно ниже атмосферного. В идеальном вакууме молекул газа практически нет, поэтому он является идеальным изолятором. Чтобы в вакууме возник электрический ток, необходимо искусственно «впрыснуть» туда свободные носители заряда — электроны. Это достигается с помощью явления термоэлектронной эмиссии.

Слайд 3. Термоэлектронная эмиссия

При нагревании металла кинетическая энергия электронов проводимости увеличивается. Когда эта энергия становится больше работы выхода, электроны покидают поверхность металла и образуют вокруг него «электронное облако». Этот процесс напоминает испарение жидкости, но вместо молекул улетают отрицательно заряженные частицы.

Слайд 4. Вакуумный диод

Катод — отрицательный электрод, который нагревается для испускания электронов

Анод — положительный электрод, притягивающий электроны

Стеклянный баллон — внутри которого создан глубокий вакуум

Односторонняя проводимость — ток идет только от анода к катоду (электроны летят наоборот)

Слайд 5. Вольт-амперная характеристика (ВАХ)

В отличие от закона Ома, график не является прямой линией. При малых напряжениях не все электроны долетают до анода. При высоком напряжении наступает состояние насыщения ($I_{\text{н}}$): все вылетевшие из катода электроны достигают анода, и ток перестает расти.

Слайд 6. Схема электронно-лучевой трубки (ЭЛТ)

Слайд 7. Основные узлы трубки

Создает узкий пучок электронов, разгоняет их с помощью высокого напряжения и фокусирует в тонкий луч.

Две пары пластин (горизонтальные и вертикальные), которые с помощью электрического поля меняют траекторию луча.

Покрыт слоем люминофора, который светится при ударе электронов, превращая энергию пучка в видимый свет.

Слайд 8. Управление лучом

Электроны имеют отрицательный заряд, поэтому они отклоняются в сторону положительно заряженной пластины. Сила отклонения прямо пропорциональна напряжению на пластинах: $F=e\cdot E$. Быстро меняя это напряжение, мы можем заставить луч «рисовать» на экране любые фигуры или графики.

Слайд 9. Свойства электронных пучков

Вызывают свечение тел при ударе (люминисценция)

Нагревают тела при поглощении (тепловое действие)

Отклоняются магнитным и электрическим полями

Вызывают рентгеновское излучение при резком торможении

Переносят отрицательный электрический заряд

Слайд 10. Электрическое vs Магнитное отклонение

Используется в осциллографах. Позволяет работать на очень высоких частотах. Луч отклоняется пластинами.

Используется в телевизорах и мониторах. Позволяет отклонять луч на большие углы. Используются катушки индуктивности.

Слайд 11. Применение ЭЛТ в технике

Прибор для визуального наблюдения и измерения параметров электрических сигналов.

Кинескопы на базе ЭЛТ были основным средством отображения видео до появления ЖК-панелей.

Отображение положения объектов в пространстве с помощью круговой развертки луча.

Мониторы для отображения кардиограмм и других жизненных показателей пациента.

Слайд 12. «Электрон — это неисчерпаемый источник открытий, перевернувший наши представления о материи и энергии».

— Джозеф Джон Томсон, первооткрыватель электрона

Слайд 13. Проверка понимания

Какой эффект в ЭЛТ является основным для формирования изображения? Большинство учащихся верно отмечают люминесценцию (свечение экрана под ударами электронов).

Слайд 14. Вопросы для обсуждения

Почему в ЭЛТ необходимо создавать глубокий вакуум?

Как изменится яркость пятна на экране, если увеличить температуру катода?

Почему электронный луч отклоняется магнитом, если поднести его к экрану?

В каком направлении движутся электроны в трубке относительно вектора напряженности электрического поля?

Слайд 15. Итоги занятия

Ток в вакууме переносится свободными электронами, полученными в результате термоэлектронной эмиссии.

Вакуумный диод обладает односторонней проводимостью и током насыщения.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) — прибор, преобразующий электрические сигналы в световое изображение.

Управление лучом в ЭЛТ осуществляется электрическим или магнитным полем.