Электрический ток в вакууме

Как известно, если подключить к аккумуляторной батарее металлический провод, то внутри него начнется упорядоченное движение заряженных частиц. Другими словами, возникнет электрический ток. Казалось бы, такое явление невозможно внутри камеры, из которой вакуумный насос откачал весь воздух. Действительно, в идеальной пустоте нет никаких частиц, в том числе и заряженных, однако их можно туда «вбросить» при помощи так называемой эмиссии. Добиться этого эффекта можно несколькими разными способами.

Термоэлектронная эмиссия

Повышение температуры оказывает на металлы довольно значительное воздействие. В частности, оно приводит к тому, что свободные электроны ускоряются, а их кинетическая энергия увеличивается. В результате эти частицы получают способность к преодолению потенциального барьера и выходу из металла наружу. Именно так происходит термоэлектронная эмиссия, благодаря которой ток преодолевает вакуум.

На практике это делается следующим образом:

• Из стеклянного сосуда, на концах которого размещены электроды (анод и катод), откачивают воздух. Внутри создается глубокий вакуум.
• Отрицательный полюс батареи подключают к катоду, а положительный – к аноду. В сосуде возникает электрическое поле.
• Катод нагревают каким-либо способом. В результате начинается эмиссия. Электроны, вырываясь из металла, под воздействием поля движутся к аноду, возникает ток.

В полном соответствии с этим описанием действует диод, лампа, название которой затем было унаследовано полупроводниковым элементом. Используют его, к примеру, в выпрямителях, обеспечивающих стабильную работу источников питания для шкафов сушильных, компьютеров, лабораторных печей и прочего оборудования.

Автоэлектронная эмиссия

Повышение температуры катода – это не единственный способ для передачи тока через вакуум. Добиться эмиссии заряженных частиц можно, воздействуя на металл внешним электрическим полем. В этом случае ждать прогрева лампы не потребуется, эффект возникнет сразу. Правда, популярное название «холодный катод» нельзя назвать точным, поскольку температура этого электрода всё равно будет нарастать во время его использования.

Автоэлектронная эмиссия позволила создать плоские кинескопы, газоразрядные лампы и многие другие приборы, нашедшие широкое применение в быту и промышленности.