Эмиссионные явления и их применение

Если сообщить электронам в металлах энергию, необходимую для преодоления работы выхода, то часть электронов может покинуть металл, в результате чего наблюдается явление испускания электронов, или электронной эмиссии.

Термоэлектронная эмиссия — это испускание электронов нагретыми металлами. Концентрация свободных электронов в металлах достаточно высока, поэтому даже при средних температурах вследствие распределения электронов по скоростям (по энергиям) некоторые электроны обладают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера на границе металла. С повышением температуры число электронов, кинетическая энергия теплового движения которых больше работы выхода, растет и явление термоэлектронной эмиссии становится заметным.

Явление термоэлектронной эмиссии используется в приборах, в которых необходимо получить поток электронов в вакууме, например в электронных лампах, рентгеновских трубках, электронных микроскопах и т.д. электронные лампы широко применяются в электро- и радиотехнике, автоматике и телемеханике для выпрямления переменных токов, генерировать электромагнитных колебаний и т.д.

Кривая, изображающая зависимость силы тока в диоде от анодного напряжения (вольт-амперная характеристика), изображена на рис.

Мы видим, что вольт-амперная характеристика электронной лампы оказывается нелинейной, а следовательно, электронная лампа представляет собой пример проводника, не подчиняющегося закону Ома.

С. А. Богуславский и Лэнгмюр независимо друг от друга показали, что зависимость тока диода i от потенциала анода U имеет вид:

где С зависит от формы и размеров электродов. Для плоского диода

где  — удельный заряд  электрона, d — расстояние между катодом

и анодом, S — поверхность катода (равная поверхности анода), —электрическая постоянная .

Формула выражает уравнение кривой 0123 рис. 324. Она носит название закона Богуславского — Лэнгмюра или «закона 3/2».

Когда потенциал анода становится настолько большим, что все электроны, испускаемые катодом за каждую единицу времени, попадают на анод, ток достигает своего максимального значения и перестает зависеть от анодного напряжения. Плотность тока насыщения , т. е. сила тока насыщения на каждую единицу поверхности катода, характеризует эмиссионную способность катода, которая зависит от природы катода и его температуры.