قبل البدء في استخدام أجهزة أشباه الموصلات في الهندسة الراديوية، كانت الأنابيب المفرغة تستخدم في كل مكان.
مفهوم الفراغ
كان أنبوب الإلكترون عبارة عن أنبوب زجاجي مغلق من كلا الطرفين، به كاثود على أحد الجانبين وأنود على الجانب الآخر. تم إطلاق الغاز من الأنبوب إلى حالة تستطيع فيها جزيئات الغاز الطيران من جدار إلى آخر دون الاصطدام. وتسمى هذه الحالة من الغاز مكنسة. وبعبارة أخرى، الفراغ هو غاز مخلخل للغاية.
في مثل هذه الظروف، لا يمكن ضمان التوصيل داخل المصباح إلا عن طريق إدخال جزيئات مشحونة في المصدر. ولكي تظهر الجسيمات المشحونة داخل المصباح، استخدموا خاصية الأجسام مثل الانبعاث الحراري.
الانبعاث الحراري هو ظاهرة انبعاث الإلكترونات من جسم تحت تأثير ارتفاع درجة الحرارة. بالنسبة للعديد من المواد، يبدأ الانبعاث الحراري عند درجات حرارة لا يمكن أن يبدأ عندها تبخر المادة نفسها. في المصابيح، كانت الكاثودات مصنوعة من هذه المواد.
التيار الكهربائي في الفراغ
تم بعد ذلك تسخين الكاثود، مما أدى إلى انبعاث الإلكترونات باستمرار. شكلت هذه الإلكترونات سحابة إلكترونية حول الكاثود. عند توصيل مصدر طاقة بالأقطاب الكهربائية، يتشكل مجال كهربائي بينهما.
علاوة على ذلك، إذا كان القطب الموجب للمصدر متصلاً بالقطب الموجب، والقطب السالب بالكاثود، فسيتم توجيه متجه شدة المجال الكهربائي نحو الكاثود. وتحت تأثير هذه القوة، تهرب بعض الإلكترونات من السحابة الإلكترونية وتبدأ في التحرك نحو القطب الموجب. وبالتالي، فإنها تخلق تيارًا كهربائيًا داخل المصباح.
إذا قمت بتوصيل المصباح بشكل مختلف، حيث قمت بتوصيل القطب الموجب بالكاثود والقطب السالب بالأنود، فسيتم توجيه قوة المجال الكهربائي من الكاثود إلى الأنود. سيدفع هذا المجال الكهربائي الإلكترونات نحو الكاثود ولن يكون هناك أي توصيل. ستبقى الدائرة مفتوحة. هذه الخاصية تسمى الموصلية الأحادية.
فراغ ديود
في الماضي، كان التوصيل أحادي الجانب يستخدم على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية ذات القطبين الكهربائيين. تم استدعاء هذه الأجهزة الثنائيات فراغ. في وقت من الأوقات قاموا بالدور الذي تؤديه الآن ثنائيات أشباه الموصلات.
غالبا ما تستخدم لتصويب التيار الكهربائي. في في اللحظةلا يتم استخدام الثنائيات الفراغية أبدًا في أي مكان. وبدلاً من ذلك، تستخدم البشرية التقدمية كافة الثنائيات شبه الموصلة.
نواصل في هذا الدرس دراسة سريان التيارات في الوسائط المختلفة، وتحديدًا في الفراغ. سننظر في آلية تكوين الشحنات المجانية، وننظر في الأجهزة التقنية الرئيسية التي تعمل وفقًا لمبادئ التيار في الفراغ: الصمام الثنائي وأنبوب أشعة الكاثود. وسنشير أيضًا إلى الخصائص الأساسية لحزم الإلكترون.
ويتم شرح نتيجة التجربة على النحو التالي: نتيجة للتسخين، يبدأ المعدن في انبعاث الإلكترونات من تركيبته الذرية، على غرار انبعاث جزيئات الماء أثناء التبخر. المعدن الساخن محاط بسحابة إلكترونية. وتسمى هذه الظاهرة الانبعاث الحراري.
أرز. 2. مخطط تجربة إديسون
خاصية الحزم الإلكترونية
في التكنولوجيا، يعد استخدام ما يسمى بحزم الإلكترون أمرًا مهمًا للغاية.
تعريف.شعاع الإلكترون هو تيار من الإلكترونات طوله أكبر بكثير من عرضه. من السهل جدًا الحصول عليها. يكفي أن تأخذ أنبوبًا مفرغًا يتدفق من خلاله التيار وتحدث ثقبًا في الأنود حيث تذهب الإلكترونات المتسارعة (ما يسمى بمسدس الإلكترون) (الشكل 3).
أرز. 3. المسدس الإلكتروني
تتميز الحزم الإلكترونية بعدد من الخصائص الأساسية:
ونتيجة لطاقتها الحركية العالية، يكون لها تأثير حراري على المادة التي تصطدم بها. هذه الخاصيةالمستخدمة في اللحام الإلكتروني. يعد اللحام الإلكتروني ضروريًا في الحالات التي يكون فيها الحفاظ على نقاء المواد أمرًا مهمًا، على سبيل المثال، عند لحام أشباه الموصلات.
- عند اصطدامها بالمعادن، تتباطأ أشعة الإلكترونات وتنبعث منها الأشعة السينية المستخدمة في الطب والتكنولوجيا (الشكل 4).
أرز. 4. الصورة تم التقاطها باستخدام الأشعة السينية ()
- عندما يضرب شعاع الإلكترون مواد معينة تسمى الفوسفور، يحدث توهج، مما يجعل من الممكن إنشاء شاشات تساعد في مراقبة حركة الشعاع، وهو بالطبع غير مرئي للعين المجردة.
- القدرة على التحكم في حركة الحزم باستخدام المجالات الكهربائية والمغناطيسية.
تجدر الإشارة إلى أن درجة الحرارة التي يمكن عندها تحقيق الانبعاث الحراري لا يمكن أن تتجاوز درجة الحرارة التي يتم عندها تدمير الهيكل المعدني.
في البداية، استخدم إديسون البناء التاليلتوليد التيار في الفراغ . تم وضع موصل متصل بدائرة على أحد جانبي الأنبوب المفرغ، وتم وضع قطب كهربائي موجب الشحنة على الجانب الآخر (انظر الشكل 5):
أرز. 5
نتيجة لمرور التيار عبر الموصل، يبدأ في التسخين، وينبعث منه إلكترونات تنجذب إلى القطب الموجب. وفي النهاية تحدث حركة موجهة للإلكترونات، وهي في الحقيقة تيار كهربائي. ومع ذلك، فإن عدد الإلكترونات المنبعثة صغير جدًا، مما يؤدي إلى تيار قليل جدًا لا يمكن استخدامه بأي شكل من الأشكال. ويمكن التغلب على هذه المشكلة بإضافة قطب كهربائي آخر. يسمى هذا القطب السالب المحتمل قطبًا كهربائيًا غير مباشر. ومع استخدامه، يزداد عدد الإلكترونات المتحركة عدة مرات (الشكل 6).
أرز. 6. استخدام قطب كهربائي غير مباشر
ومن الجدير بالذكر أن موصلية التيار في الفراغ هي نفس موصلية المعادن الإلكترونية. على الرغم من أن آلية ظهور هذه الإلكترونات الحرة مختلفة تماما.
واستنادا إلى ظاهرة الانبعاث الحراري، تم إنشاء جهاز يسمى الصمام الثنائي الفراغي (الشكل 7).
أرز. 7. تعيين الصمام الثنائي الفراغي على مخطط كهربائي
فراغ ديود
دعونا نلقي نظرة فاحصة على الصمام الثنائي فراغ. هناك نوعان من الثنائيات: صمام ثنائي ذو فتيل وأنود، وصمام ثنائي مع فتيل وأنود وكاثود. الأول يسمى الصمام الثنائي الفتيل المباشر، والثاني يسمى الصمام الثنائي الفتيل غير المباشر. في التكنولوجيا، يتم استخدام كلا النوعين الأول والثاني، ومع ذلك، فإن الصمام الثنائي الفتيل المباشر له عيب أنه عند تسخينه، تتغير مقاومة الفتيل، مما يستلزم تغيير التيار من خلال الصمام الثنائي. وبما أن بعض العمليات التي تستخدم الثنائيات تتطلب تيارًا ثابتًا تمامًا، فمن الأفضل استخدام النوع الثاني من الثنائيات.
وفي كلتا الحالتين، يجب أن تكون درجة حرارة الفتيل للانبعاث الفعال مساوية لـ 
.
تستخدم الثنائيات لتصحيح التيارات المتناوبة. إذا تم استخدام الصمام الثنائي لتحويل التيارات الصناعية، فإنه يسمى كينوترون.
يسمى القطب الموجود بالقرب من العنصر الباعث للإلكترون الكاثود ()، والآخر يسمى الأنود (). في الاتصال الصحيحمع زيادة الجهد، يزيد التيار. عند التوصيل العكسي، لن يتدفق أي تيار على الإطلاق (الشكل 8). بهذه الطريقة، تقارن الثنائيات الفراغية بشكل إيجابي مع الثنائيات شبه الموصلة، والتي، عند تشغيلها مرة أخرى، يوجد التيار، على الرغم من أنه في حده الأدنى. بسبب هذه الخاصية، يتم استخدام الثنائيات الفراغية لتصحيح التيارات المتناوبة.
أرز. 8. خاصية الجهد الحالي للصمام الثنائي الفراغي
جهاز آخر تم إنشاؤه بناءً على عمليات تدفق التيار في الفراغ هو الصمام الثلاثي الكهربائي (الشكل 9). ويختلف تصميمه عن تصميم الدايود في وجود قطب ثالث يسمى الشبكة. جهاز مثل أنبوب أشعة الكاثود، الذي يشكل الجزء الأكبر من الأجهزة مثل راسم الذبذبات وأجهزة التلفاز الأنبوبية، يعتمد أيضًا على مبادئ التيار في الفراغ.
أرز. 9. دائرة الصمام الثلاثي فراغ
أنبوب أشعة الكاثود
كما ذكر أعلاه، واستنادًا إلى خصائص انتشار التيار في الفراغ، تم تصميم جهاز مهم مثل أنبوب أشعة الكاثود. يعتمد عملها على خصائص الحزم الإلكترونية. دعونا نلقي نظرة على هيكل هذا الجهاز. يتكون أنبوب شعاع الكاثود من قارورة مفرغة ذات تمدد، ومسدس إلكترون، وكاثودين، وزوجين متعامدين من الأقطاب الكهربائية (الشكل 10).
أرز. 10. هيكل أنبوب أشعة الكاثود
مبدأ التشغيل هو كما يلي: يتم تسريع الإلكترونات المنبعثة من البندقية بسبب الانبعاث الحراري بسبب الإمكانات الإيجابية في الأنودات. بعد ذلك، من خلال تطبيق الجهد المطلوب على أزواج أقطاب التحكم، يمكننا تحويل شعاع الإلكترون حسب الرغبة، أفقيًا وعموديًا. وبعد ذلك يسقط الشعاع الموجه على شاشة الفوسفور مما يسمح لنا برؤية صورة مسار الشعاع عليها.
يُستخدم أنبوب أشعة الكاثود في أداة تسمى راسم الذبذبات (الشكل 11)، المُصمم لدراسة الإشارات الكهربائية، وفي أجهزة تلفزيون CRT، باستثناء أن حزم الإلكترونات هناك يتم التحكم فيها المجالات المغناطيسية.
أرز. 11. راسم الذبذبات ()
وفي الدرس التالي سوف نتناول مرور التيار الكهربائي في السوائل.
مراجع
- تيخوميروفا إس إيه، يافورسكي بي إم. الفيزياء (المستوى الأساسي) - م: منيموسين، 2012.
- جيندنشتاين إل إي، ديك يو.آي. الفيزياء الصف العاشر. - م: اليكسا، 2005.
- مياكيشيف جي.يا.، سينياكوف أ.ز.، سلوبودسكوف ب.أ. الفيزياء. الديناميكا الكهربائية. - م: 2010.
- Physics.kgsu.ru ().
- Cathedral.narod.ru ().
العمل في المنزل
- ما هو الانبعاث الإلكتروني؟
- ما هي طرق التحكم في الحزم الإلكترونية؟
- كيف تعتمد موصلية أشباه الموصلات على درجة الحرارة؟
- ما هو القطب الكهربائي غير المباشر المستخدم؟
- * ما الخاصية الرئيسية للدايود الفراغي؟ ما هو السبب؟
التيار الكهربائييمكن أن يمر في الفراغ بشرط وضع حاملات شحنة حرة فيه. بعد كل شيء، الفراغ هو عدم وجود أي مادة. وهذا يعني أنه لا توجد ناقلات شحن لتوفير التيار. يمكن تعريف مفهوم الفراغ بأنه عندما يكون المسار الحر للجزيء أكبر من حجم الوعاء.
من أجل معرفة كيف يمكن ضمان مرور التيار في الفراغ، سنقوم بإجراء تجربة. لهذا نحن بحاجة إلى مقياس كهربائي وأنبوب فراغ. أي دورق زجاجي به فراغ يحتوي على قطبين كهربائيين. إحداها مصنوعة على شكل صفيحة معدنية، دعنا نسميها الأنود. والثاني على شكل سلك حلزوني مصنوع من مادة مقاومة للحرارة سيسمى الكاثود.
لنقم بتوصيل أقطاب المصباح بمقياس الكهربية بحيث يتم توصيل الكاثود بجسم مقياس الكهربية، والأنود بالقضيب. دعونا نعطي الشحنة لمقياس الكهربية. وذلك بوضع شحنة موجبة على قضيبه. سنرى أن الشحنة ستبقى على مقياس الكهربية، على الرغم من وجود المصباح. وهذا ليس مفاجئًا لأنه لا توجد حاملات شحن بين الأقطاب الكهربائية في المصباح، أي أنه لا يمكن أن ينشأ تيار حتى يفرغ مقياس الكهربية.
الشكل 1 - أنبوب مفرغ متصل بمقياس كهربائي مشحون
الآن دعونا نقوم بتوصيل المصدر الحالي بالكاثود على شكل سلك حلزوني. في هذه الحالة، سوف يسخن الكاثود. وسنرى أن شحنة الكهربي ستبدأ في الانخفاض حتى تختفي تمامًا. كيف يمكن أن يحدث هذا لعدم وجود حاملات للشحنة في الفجوة بين أقطاب المصباح لتوفير تيار التوصيل.
ومن الواضح أن حاملات الشحنة ظهرت بطريقة ما. حدث هذا لأنه عندما تم تسخين الكاثود، انبعثت الإلكترونات من سطح الكاثود إلى الفضاء بين الأقطاب الكهربائية. كما تعلم، تحتوي المعادن على إلكترونات حرة التوصيل. وهي قادرة على التحرك في حجم المعدن بين العقد الشبكية. لكن ليس لديهم ما يكفي من الطاقة لترك المعدن. حيث أنها محتجزة بواسطة قوى الجذب الكولومية بين الأيونات الموجبة للشبكة والإلكترونات.
تخضع الإلكترونات لحركة حرارية فوضوية أثناء تحركها على طول الموصل. عند الاقتراب من الحدود المعدنية، حيث لا توجد أيونات موجبة، تتباطأ سرعتها وتعود في النهاية إلى الداخل تحت تأثير قوة كولوم، التي تميل إلى تقريب شحنتين مختلفتين من بعضهما البعض. لكن إذا تم تسخين المعدن، تزداد الحركة الحرارية، ويكتسب الإلكترون طاقة كافية لمغادرة سطح المعدن.
في هذه الحالة، يتم تشكيل ما يسمى بسحابة الإلكترون حول الكاثود. هذه هي الإلكترونات التي هربت من سطح الموصل، وفي حالة عدم وجود مجال كهربائي خارجي، فإنها ستعود إليه مرة أخرى. لأنه بفقد الإلكترونات يصبح الموصل مشحونا بشحنة موجبة. هذا هو الحال إذا قمنا أولاً بتسخين الكاثود، وسيتم تفريغ مقياس الكهربية. لن يكون هناك حقل في الداخل.
ولكن نظرًا لوجود شحنة على مقياس الكهربية، فإنه يخلق مجالًا يتسبب في حركة الإلكترونات. تذكر أنه عند الأنود لدينا شحنة موجبة تجاهه، وتميل الإلكترونات إلى التدفق تحت تأثير المجال. وبالتالي، يتم ملاحظة تيار كهربائي في الفراغ.
إذا قلنا أننا نوصل العداد الكهربي بشكل عكسي، فماذا سيحدث؟ اتضح أنه سيكون هناك جهد سلبي عند أنود المصباح، وإيجابي عند الكاثود. جميع الإلكترونات المنبعثة من سطح الكاثود ستعود فورًا تحت تأثير المجال. وبما أن الكاثود سيكون له الآن إمكانات إيجابية أكبر، فإنه سوف يجذب الإلكترونات. وعند الأنود سيكون هناك فائض من الإلكترونات التي تطرد الإلكترونات من سطح الكاثود.
الشكل 2 - التيار مقابل الجهد في الأنبوب المفرغ
ويسمى هذا المصباح صمام ثنائي فراغ. إنه قادر على تمرير التيار في اتجاه واحد فقط. تتكون خاصية الجهد الحالي لمثل هذا المصباح من قسمين. في القسم الأول تم تحقيق قانون أوم. أي أنه مع زيادة الجهد، يصل المزيد والمزيد من الإلكترونات المنبعثة من الكاثود إلى القطب الموجب، وبالتالي يزداد التيار. وفي القسم الثاني تصل جميع الإلكترونات المنبعثة من الكاثود إلى الأنود ومع زيادة الجهد لا يزيد التيار. لا يوجد العدد الصحيح من الإلكترونات. هذه المنطقة تسمى التشبع.
الفراغ هو حالة من الغازات المتخلخلة التي يكون فيها المسار الحر للجزيئات متوسطًا lect أكبر من حجم الوعاء d الذي يوجد فيه الغاز.
يترتب على تعريف الفراغ أنه لا يوجد أي تفاعل عمليًا بين الجزيئات، وبالتالي لا يمكن أن يحدث تأين للجزيئات، وبالتالي لا يمكن الحصول على حاملات شحن مجانية في الفراغ، وبالتالي فإن التيار الكهربائي مستحيل فيه؛
لإنشاء تيار كهربائي في الفراغ، تحتاج إلى وضع مصدر للجسيمات المشحونة الحرة فيه. يتم وضع أقطاب معدنية متصلة بمصدر تيار في فراغ. يتم تسخين أحدهما (ويسمى الكاثود)، ونتيجة لذلك تحدث عملية التأين، أي. تتحرر الإلكترونات من المادة وتتكون الأيونات الموجبة والسالبة. يمكن أن يعتمد عمل مثل هذا المصدر للجسيمات المشحونة على ظاهرة الانبعاث الحراري.
الانبعاث الحراري هو عملية انبعاث الإلكترونات من الكاثود الساخن. تؤدي ظاهرة الانبعاث الحراري إلى قيام قطب معدني ساخن بإصدار إلكترونات بشكل مستمر. تشكل الإلكترونات سحابة إلكترونية حول القطب. يصبح القطب مشحونا بشكل إيجابي، وتحت تأثير المجال الكهربائي للسحابة المشحونة، يتم إرجاع الإلكترونات من السحابة جزئيا إلى القطب. في حالة التوازن، يكون عدد الإلكترونات التي تخرج من القطب في الثانية مساويًا لعدد الإلكترونات العائدة إلى القطب خلال هذا الوقت. كلما ارتفعت درجة حرارة المعدن، زادت كثافة السحابة الإلكترونية. يُطلق على الشغل الذي يجب على الإلكترون القيام به لترك المعدن اسم دالة الشغل A للخارج.
[خرج] = 1 فولت
1 فولت هي الطاقة التي يكتسبها الإلكترون عندما يتحرك في مجال كهربائي بين نقطتين بفارق جهد قدره 1 فولت.
1 فولت = 1.6*10 -19 جول
يؤدي الفرق بين درجات حرارة الأقطاب الكهربائية الساخنة والباردة المحصورة في الوعاء الذي يتم إخلاء الهواء منه إلى توصيل التيار الكهربائي في اتجاه واحد بينهما.
عندما يتم توصيل الأقطاب الكهربائية بمصدر تيار، ينشأ مجال كهربائي بينهما. إذا كان القطب الموجب للمصدر الحالي متصلاً بقطب بارد (الأنود)، والقطب السالب بقطب ساخن (الكاثود)، فسيتم توجيه ناقل قوة المجال الكهربائي نحو القطب الساخن. تحت تأثير هذا المجال، تترك الإلكترونات السحابة الإلكترونية جزئيًا وتتحرك نحو القطب البارد. الدائرة الكهربائية مغلقة ويدخل فيها تيار كهربائي. عندما يتم تشغيل المصدر في قطبية معاكسة، يتم توجيه شدة المجال من القطب الساخن إلى القطب البارد. يدفع المجال الكهربائي إلكترونات السحابة نحو القطب الساخن. يبدو أن الدائرة مفتوحة.
يسمى الجهاز الذي يحتوي على موصلية أحادية للتيار الكهربائي بالصمام الثنائي الفراغي. ويتكون من أنبوب إلكتروني (وعاء)، يتم ضخ الهواء منه إلى الخارج، ويوجد فيه أقطاب كهربائية متصلة بمصدر تيار. خاصية الجهد الحالي للصمام الثنائي الفراغي. توقيع المقاطع على خصائص الجهد الحالي للدايود ووضع الصبيب والمغلق؟؟ عند الفولتية المنخفضة للأنود، لا تصل جميع الإلكترونات المنبعثة من الكاثود إلى الأنود، ويكون التيار الكهربائي صغيرًا. في الفولتية العالية، يصل التيار إلى التشبع، أي. القيمة القصوى. يستخدم الصمام الثنائي الفراغي لتصحيح التيار الكهربائي المتناوب. حاليا، لا يتم استخدام الثنائيات فراغ عمليا.
إذا حدث ثقب في أنود أنبوب الإلكترون، فإن بعض الإلكترونات التي تسارعها المجال الكهربائي سوف تطير إلى هذا الثقب، وتشكل شعاعًا إلكترونيًا خلف الأنود. شعاع الالكترون هوتدفق الإلكترونات الطائرة بسرعة في الأنابيب المفرغة وأجهزة تفريغ الغاز.
خصائص الحزم الإلكترونية:
- الانحراف في المجالات الكهربائية.
- انحراف المجالات المغناطيسية تحت تأثير قوة لورنتز؛
- عند تباطؤ الشعاع الذي يضرب مادة ما، تظهر الأشعة السينية؛
- يسبب توهج (توهج) بعض المواد الصلبة والسوائل.
- تسخين المادة عن طريق ملامستها لها.
أنبوب أشعة الكاثود (CRT).
تستخدم أنابيب CRT ظواهر الانبعاث الحراري وخصائص حزم الإلكترون.
في مدفع الإلكترون، تمر الإلكترونات المنبعثة من الكاثود الساخن عبر قطب شبكة التحكم ويتم تسريعها بواسطة الأنودات. يقوم مسدس الإلكترون بتركيز شعاع الإلكترون على نقطة ما ويغير سطوع الضوء على الشاشة. يتيح لك انحراف اللوحات الأفقية والرأسية تحريك شعاع الإلكترون على الشاشة إلى أي نقطة على الشاشة. شاشة الأنبوب مغطاة بالفوسفور الذي يبدأ في التوهج عند قصفه بالإلكترونات.
هناك نوعان من الأنابيب:
1) مع التحكم الكهروستاتيكي في شعاع الإلكترون (انحراف شعاع الإلكترون فقط عن طريق المجال الكهربائي)؛
2) مع التحكم الكهرومغناطيسي (يتم إضافة ملفات الانحراف المغناطيسي).
تنتج أنابيب أشعة الكاثود حزمًا إلكترونية ضيقة يتم التحكم فيها بواسطة المجالات الكهربائية والمغناطيسية. وتستخدم هذه الحزم في: أنابيب الصور التلفزيونية، وشاشات الكمبيوتر، والذبذبات الإلكترونية في أجهزة القياس.
يمكن توليد التيار الكهربائي ليس فقط في المعادن، ولكن أيضًا في الفراغ، على سبيل المثال في أنابيب الراديو، في أنابيب أشعة الكاثود. دعونا معرفة طبيعة التيار في الفراغ.
المعادن لديها عدد كبيرإلكترونات حرة تتحرك بشكل عشوائي. عندما يقترب إلكترون من سطح المعدن، فإن قوى الجذب المؤثرة عليه من جانب الأيونات الموجبة والموجهة نحو الداخل تمنع الإلكترون من مغادرة المعدن. يسمى الشغل الذي يجب بذله لإزالة إلكترون من فلز في الفراغ وظيفة العمل.الأمر مختلف بالنسبة للمعادن المختلفة. لذلك، بالنسبة للتنغستن فهو يساوي 7.2*10 -19 ي.إذا كانت طاقة الإلكترون أقل من دالة الشغل، فلا يمكنه مغادرة المعدن. العديد من الإلكترونات حتى مع درجة حرارة الغرفة، التي لا تزيد طاقتها كثيرًا عن وظيفة الشغل. بعد أن تركوا المعدن، فإنهم يبتعدون عنه مسافة قصيرة، وتحت تأثير القوى الجذابة للأيونات، يعودون إلى المعدن، ونتيجة لذلك تكون طبقة رقيقة من الإلكترونات الصادرة والعائدة، والتي تكون في حالة توازن ديناميكي ، تتشكل بالقرب من السطح. بسبب فقدان الإلكترونات، يصبح سطح المعدن مشحونا بشكل إيجابي.
لكي يغادر الإلكترون المعدن، يجب أن يبذل شغلًا ضد القوى التنافرية للمجال الكهربائي لطبقة الإلكترون وضد قوى المجال الكهربائي لسطح المعدن المشحون إيجابيًا (الشكل 85.أ). في درجة حرارة الغرفة، لا توجد تقريبًا أي إلكترونات يمكنها الهروب إلى ما بعد الطبقة المزدوجة المشحونة.
ولكي تتمكن الإلكترونات من الهروب إلى ما بعد الطبقة المزدوجة، يجب أن تمتلك طاقة أكبر بكثير من دالة الشغل. وللقيام بذلك، يتم نقل الطاقة إلى الإلكترونات من الخارج، على سبيل المثال عن طريق التسخين. يسمى انبعاث الإلكترونات من جسم ساخن بالانبعاث الحراري.وهو أحد الأدلة على وجود الإلكترونات الحرة في المعدن.
ويمكن ملاحظة ظاهرة الانبعاث الحراري في مثل هذه التجربة. بعد شحن مقياس الكهربية بشكل إيجابي (من قضيب زجاجي مكهرب)، نقوم بتوصيله بموصل إلى القطب الكهربائي A الخاص بمصباح التفريغ التوضيحي (الشكل 85، ب). لا يتم تفريغ مقياس الكهربية. بعد إغلاق الدائرة، نقوم بتسخين الخيط K. ونرى أن إبرة مقياس الكهربية تنخفض - يتم تفريغ مقياس الكهربية. تنجذب الإلكترونات المنبعثة من الفتيل الساخن إلى القطب الموجب الشحنة A وتحييد شحنته. أدى تدفق الإلكترونات الحرارية من الفتيل إلى القطب A تحت تأثير مجال كهربائي إلى تشكيل تيار كهربائي في الفراغ.
إذا كان مقياس الكهربية مشحونًا بشكل سلبي، فلن يتم تفريغه في مثل هذه التجربة. لم تعد الإلكترونات الخارجة من الفتيل تنجذب إلى القطب A، بل على العكس من ذلك، يتم صدها منه وتعود مرة أخرى إلى الفتيل.
لنقم بتجميع دائرة كهربائية (الشكل 86). عندما لا يتم تسخين الخيط K، تكون الدائرة الكهربية الموجودة بينه وبين القطب A مفتوحة - وتكون إبرة الجلفانومتر عند الصفر. لا يوجد تيار في دائرتها. عن طريق إغلاق المفتاح، نقوم بتسخين الخيوط. يتدفق تيار عبر دائرة الجلفانومتر، حيث تغلق الإلكترونات الحرارية الدائرة بين السلك والقطب A، وبالتالي تشكل تيارًا كهربائيًا في الفراغ. التيار الكهربائي في الفراغ هو تدفق موجه للإلكترونات تحت تأثير المجال الكهربائي.إن سرعة الحركة الاتجاهية للإلكترونات التي تشكل تيارًا في الفراغ أكبر بمليارات المرات من سرعة الحركة الاتجاهية للإلكترونات التي تشكل تيارًا في المعادن. وبالتالي، تصل سرعة تدفق الإلكترون عند أنود مصابيح الاستقبال الراديوي إلى عدة آلاف من الكيلومترات في الثانية.
