Stellt elektrischen Strom im Vakuum dar. Das Thema der Vorlesung ist „Elektrischer Strom im Vakuum“. Elektrischer Strom im Vakuum

Bevor Halbleiterbauelemente in der Funktechnik zum Einsatz kamen, wurden überall Vakuumröhren eingesetzt.

Vakuumkonzept

Die Elektronenröhre war eine an beiden Enden verschlossene Glasröhre mit einer Kathode auf der einen und einer Anode auf der anderen Seite. Aus der Röhre wurde Gas in einen Zustand freigesetzt, in dem Gasmoleküle von einer Wand zur anderen fliegen konnten, ohne zu kollidieren. Dieser Gaszustand wird aufgerufen Vakuum. Mit anderen Worten: Vakuum ist ein stark verdünntes Gas.

Unter solchen Bedingungen kann die Leitfähigkeit innerhalb der Lampe nur durch Einbringen geladener Teilchen in die Quelle sichergestellt werden. Damit geladene Teilchen im Inneren der Lampe erscheinen, nutzten sie eine Eigenschaft von Körpern wie die thermionische Emission.

Thermionische Emission ist das Phänomen der Emission von Elektronen durch einen Körper unter dem Einfluss von hohe Temperatur. Bei vielen Stoffen beginnt die thermionische Emission bei Temperaturen, bei denen die Verdampfung des Stoffes selbst noch nicht einsetzen kann. In Lampen wurden Kathoden aus solchen Stoffen hergestellt.

Elektrischer Strom im Vakuum

Anschließend wurde die Kathode erhitzt, wodurch sie kontinuierlich Elektronen aussendete. Diese Elektronen bildeten eine Elektronenwolke um die Kathode. Wenn eine Stromquelle an die Elektroden angeschlossen wurde, bildete sich zwischen ihnen ein elektrisches Feld.

Wenn außerdem der Pluspol der Quelle mit der Anode und der Minuspol mit der Kathode verbunden ist, ist der Intensitätsvektor des elektrischen Feldes auf die Kathode gerichtet. Unter dem Einfluss dieser Kraft entweichen einige Elektronen aus der Elektronenwolke und beginnen, sich in Richtung Anode zu bewegen. Dadurch erzeugen sie im Inneren der Lampe einen elektrischen Strom.

Wenn Sie die Lampe anders anschließen, indem Sie den Pluspol an die Kathode und den Minuspol an die Anode anschließen, wird die elektrische Feldstärke von der Kathode zur Anode geleitet. Dieses elektrische Feld drückt die Elektronen zurück zur Kathode und es findet keine Leitung statt. Der Stromkreis bleibt offen. Diese Eigenschaft heißt einseitige Leitfähigkeit.

Vakuumdiode

In der Vergangenheit wurde die einseitige Leitung häufig in elektronischen Geräten mit zwei Elektroden eingesetzt. Solche Geräte wurden genannt Vakuumdioden. Sie erfüllten einst die Rolle, die heute Halbleiterdioden erfüllen.

Wird am häufigsten zum Gleichrichten von elektrischem Strom verwendet. IN im Moment Vakuumdioden werden praktisch nirgends verwendet. Stattdessen verwendet die gesamte fortschrittliche Menschheit Halbleiterdioden.

In dieser Lektion untersuchen wir weiterhin den Stromfluss in verschiedenen Medien, insbesondere im Vakuum. Wir werden den Mechanismus der Bildung freier Ladungen betrachten und die wichtigsten technischen Geräte betrachten, die nach den Prinzipien des Stroms im Vakuum arbeiten: eine Diode und eine Kathodenstrahlröhre. Wir werden auch die grundlegenden Eigenschaften von Elektronenstrahlen erläutern.

Das Ergebnis des Experiments lässt sich wie folgt erklären: Durch die Erwärmung beginnt das Metall, Elektronen aus seiner Atomstruktur auszusenden, ähnlich der Emission von Wassermolekülen beim Verdampfen. Das erhitzte Metall ist von einer Elektronenwolke umgeben. Dieses Phänomen wird als thermionische Emission bezeichnet.

Reis. 2. Schema von Edisons Experiment

Eigenschaft von Elektronenstrahlen

In der Technik ist der Einsatz sogenannter Elektronenstrahlen von großer Bedeutung.

Definition. Ein Elektronenstrahl ist ein Elektronenstrahl, dessen Länge viel größer ist als seine Breite. Es ist ziemlich einfach zu bekommen. Es genügt, eine Vakuumröhre, durch die Strom fließt, zu nehmen und ein Loch in die Anode zu bohren, zu der die beschleunigten Elektronen gelangen (die sogenannte Elektronenkanone) (Abb. 3).

Reis. 3. Elektronenkanone

Elektronenstrahlen haben eine Reihe wichtiger Eigenschaften:

Aufgrund ihrer hohen kinetischen Energie üben sie eine thermische Wirkung auf das Material aus, auf das sie treffen. Diese Eigenschaft Wird beim elektronischen Schweißen verwendet. Elektronisches Schweißen ist dort erforderlich, wo die Aufrechterhaltung der Reinheit der Materialien wichtig ist, beispielsweise beim Schweißen von Halbleitern.

• Bei der Kollision mit Metallen verlangsamen sich Elektronenstrahlen und emittieren Röntgenstrahlen, die in Medizin und Technik eingesetzt werden (Abb. 4).

Reis. 4. Mit Röntgenstrahlen aufgenommenes Foto ()

• Wenn ein Elektronenstrahl auf bestimmte Substanzen, sogenannte Leuchtstoffe, trifft, entsteht ein Leuchten, das die Erstellung von Bildschirmen ermöglicht, die dabei helfen, die Bewegung des Strahls zu überwachen, die natürlich für das bloße Auge unsichtbar ist.
• Die Fähigkeit, die Bewegung von Strahlen mithilfe elektrischer und magnetischer Felder zu steuern.

Es ist zu beachten, dass die Temperatur, bei der thermionische Emission erreicht werden kann, die Temperatur, bei der die Metallstruktur zerstört wird, nicht überschreiten darf.

Zunächst verwendete Edison folgende Konstruktion um im Vakuum Strom zu erzeugen. Auf einer Seite der Vakuumröhre wurde ein mit einem Stromkreis verbundener Leiter und auf der anderen Seite eine positiv geladene Elektrode platziert (siehe Abb. 5):

Reis. 5

Durch den Stromfluss durch den Leiter beginnt dieser sich zu erwärmen und emittiert Elektronen, die von der positiven Elektrode angezogen werden. Am Ende kommt es zu einer gerichteten Bewegung der Elektronen, bei der es sich tatsächlich um einen elektrischen Strom handelt. Allerdings ist die Anzahl der dabei emittierten Elektronen zu gering, sodass zu wenig Strom für irgendeine Verwendung zur Verfügung steht. Dieses Problem kann durch Hinzufügen einer weiteren Elektrode behoben werden. Eine solche negative Potentialelektrode wird als indirekte Fadenelektrode bezeichnet. Durch seinen Einsatz erhöht sich die Zahl der bewegten Elektronen deutlich (Abb. 6).

Reis. 6. Verwendung einer indirekten Filamentelektrode

Es ist erwähnenswert, dass die Leitfähigkeit des Stroms im Vakuum die gleiche ist wie die von Metallen – elektronisch. Obwohl der Mechanismus für die Entstehung dieser freien Elektronen völlig anders ist.

Basierend auf dem Phänomen der thermionischen Emission wurde ein Gerät namens Vakuumdiode geschaffen (Abb. 7).

Reis. 7. Bezeichnung einer Vakuumdiode im Schaltplan

Vakuumdiode

Schauen wir uns die Vakuumdiode genauer an. Es gibt zwei Arten von Dioden: eine Diode mit Glühfaden und Anode und eine Diode mit Glühfaden, Anode und Kathode. Die erste wird als direkte Filamentdiode bezeichnet, die zweite als indirekte Filamentdiode. In der Technik werden sowohl der erste als auch der zweite Typ verwendet. Allerdings hat die direkte Filamentdiode den Nachteil, dass sich bei Erwärmung der Widerstand des Filaments ändert, was eine Änderung des Stroms durch die Diode zur Folge hat. Und da einige Operationen mit Dioden einen völlig konstanten Strom erfordern, ist es ratsamer, den zweiten Diodentyp zu verwenden.

In beiden Fällen muss die Filamenttemperatur für eine effektive Emission gleich sein .

Dioden dienen zur Gleichrichtung von Wechselströmen. Wenn eine Diode zur Umwandlung von Industrieströmen verwendet wird, spricht man von einem Kenotron.

Die Elektrode, die sich in der Nähe des Elektronen emittierenden Elements befindet, wird Kathode () genannt, die andere wird Anode () genannt. Bei korrekte Verbindung Mit zunehmender Spannung steigt der Strom. Bei umgekehrtem Anschluss fließt überhaupt kein Strom (Abb. 8). Auf diese Weise schneiden Vakuumdioden im Vergleich zu Halbleiterdioden gut ab, bei denen beim erneuten Einschalten zwar ein minimaler, aber vorhandener Strom vorhanden ist. Aufgrund dieser Eigenschaft werden Vakuumdioden zur Gleichrichtung von Wechselströmen eingesetzt.

Reis. 8. Strom-Spannungs-Kennlinie einer Vakuumdiode

Ein weiteres Gerät, das auf den Prozessen des Stromflusses im Vakuum basiert, ist eine elektrische Triode (Abb. 9). Sein Design unterscheidet sich vom Diodendesign durch das Vorhandensein einer dritten Elektrode, die als Gitter bezeichnet wird. Ein Gerät wie eine Kathodenstrahlröhre, die den Großteil von Geräten wie Oszilloskopen und Röhrenfernsehern ausmacht, basiert ebenfalls auf den Prinzipien des Stroms im Vakuum.

Reis. 9. Vakuumtriodenschaltung

Kathodenstrahlröhre

Wie oben erwähnt, wurde auf der Grundlage der Eigenschaften der Stromausbreitung im Vakuum ein so wichtiges Gerät wie eine Kathodenstrahlröhre entwickelt. Es basiert seine Arbeit auf den Eigenschaften von Elektronenstrahlen. Schauen wir uns die Struktur dieses Geräts an. Eine Kathodenstrahlröhre besteht aus einem Vakuumkolben mit Ausdehnungsgefäß, einer Elektronenkanone, zwei Kathoden und zwei zueinander senkrechten Elektrodenpaaren (Abb. 10).

Reis. 10. Aufbau einer Kathodenstrahlröhre

Das Funktionsprinzip ist wie folgt: Von der Kanone aufgrund thermionischer Emission emittierte Elektronen werden aufgrund des positiven Potentials an den Anoden beschleunigt. Durch Anlegen der gewünschten Spannung an die Steuerelektrodenpaare können wir dann den Elektronenstrahl beliebig horizontal und vertikal ablenken. Danach fällt der gerichtete Strahl auf den Leuchtstoffschirm, wodurch wir das Bild der Strahlbahn darauf sehen können.

Eine Kathodenstrahlröhre wird in einem Instrument namens Oszilloskop (Abb. 11) zur Untersuchung elektrischer Signale und in CRT-Fernsehgeräten verwendet, mit der Ausnahme, dass die Elektronenstrahlen dort gesteuert werden Magnetfelder.

Reis. 11. Oszilloskop ()

In der nächsten Lektion werden wir uns mit dem Durchgang von elektrischem Strom in Flüssigkeiten befassen.

Referenzen

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1. Physics.kgsu.ru ().
2. Cathedral.narod.ru ().

Hausaufgaben

1. Was ist elektronische Emission?
2. Welche Möglichkeiten gibt es, Elektronenstrahlen zu kontrollieren?
3. Wie hängt die Leitfähigkeit eines Halbleiters von der Temperatur ab?
4. Wofür wird eine indirekte Fadenelektrode verwendet?
5. *Was ist die Haupteigenschaft einer Vakuumdiode? Woran liegt es?

Elektrischer Strom kann im Vakuum passieren, sofern sich darin freie Ladungsträger befinden. Ein Vakuum ist schließlich die Abwesenheit jeglicher Substanz. Das bedeutet, dass es keine Ladungsträger gibt, die den Strom bereitstellen. Das Konzept des Vakuums kann definiert werden als wenn die freie Weglänge eines Moleküls größer ist als die Größe des Gefäßes.

Um herauszufinden, wie es möglich ist, den Stromdurchgang im Vakuum sicherzustellen, führen wir ein Experiment durch. Dazu benötigen wir ein Elektrometer und eine Vakuumröhre. Das heißt, ein Glaskolben mit Vakuum, der zwei Elektroden enthält. Eine davon besteht aus einer Metallplatte, nennen wir sie Anode. Und die zweite in Form einer Drahtspirale aus feuerfestem Material wird Kathode genannt.

Verbinden wir die Elektroden der Lampe mit dem Elektrometer, sodass die Kathode mit dem Körper des Elektrometers und die Anode mit dem Stab verbunden ist. Geben wir dem Elektrometer die Ladung. Indem man seinen Stab positiv auflädt. Wir werden sehen, dass die Ladung trotz der Anwesenheit der Lampe auf dem Elektrometer erhalten bleibt. Dies ist nicht verwunderlich, da sich zwischen den Elektroden in der Lampe keine Ladungsträger befinden, d. h. es kann kein Strom für die Entladung des Elektrometers entstehen.

Abbildung 1 – eine Vakuumröhre, die an ein geladenes Elektrometer angeschlossen ist

Nun schließen wir eine Stromquelle in Form einer Drahtspirale an die Kathode an. In diesem Fall erwärmt sich die Kathode. Und wir werden sehen, dass die Ladung des Elektrometers abzunehmen beginnt, bis sie vollständig verschwindet. Wie konnte das passieren, denn im Spalt zwischen den Elektroden der Lampe befanden sich keine Ladungsträger, die für den Leitungsstrom sorgten?

Es ist offensichtlich, dass Ladungsträger irgendwie aufgetaucht sind. Dies geschah, weil beim Erhitzen der Kathode Elektronen von der Oberfläche der Kathode in den Raum zwischen den Elektroden emittiert wurden. Wie Sie wissen, verfügen Metalle über freie Leitungselektronen. Die in der Lage sind, sich im Metallvolumen zwischen Gitterknoten zu bewegen. Aber sie haben nicht genug Energie, um das Metall zu verlassen. Da sie durch die Coulomb-Anziehungskräfte zwischen den positiven Ionen des Gitters und den Elektronen gehalten werden.

Elektronen unterliegen einer chaotischen thermischen Bewegung, wenn sie sich entlang eines Leiters bewegen. Wenn sie sich der Metallgrenze nähern, wo es keine positiven Ionen gibt, werden sie langsamer und kehren schließlich unter dem Einfluss der Coulomb-Kraft ins Innere zurück, was dazu neigt, zwei ungleiche Ladungen näher zusammenzubringen. Wird das Metall jedoch erhitzt, nimmt die thermische Bewegung zu und das Elektron erhält genügend Energie, um die Metalloberfläche zu verlassen.

Dabei bildet sich um die Kathode herum eine sogenannte Elektronenwolke. Dabei handelt es sich um Elektronen, die von der Oberfläche des Leiters entwichen sind und in die Oberfläche des Leiters zurückkehren, wenn kein äußeres elektrisches Feld vorhanden ist. Denn durch den Verlust von Elektronen wird der Leiter positiv geladen. Dies ist der Fall, wenn wir zuerst die Kathode erhitzen und das Elektrometer entladen würde. Es gäbe kein Feld im Inneren.

Da das Elektrometer jedoch geladen ist, entsteht ein Feld, das die Elektronen in Bewegung versetzt. Denken Sie daran, dass wir an der Anode eine positive Ladung haben und Elektronen dazu neigen, unter dem Einfluss des Feldes zu fließen. Somit wird im Vakuum ein elektrischer Strom beobachtet.

Was passiert, wenn wir sagen, wir schließen das Elektrometer umgekehrt an? Es stellt sich heraus, dass an der Anode der Lampe ein negatives Potential und an der Kathode ein positives Potential anliegt. Alle von der Kathodenoberfläche emittierten Elektronen kehren unter dem Einfluss des Feldes sofort zurück. Da die Kathode nun ein noch größeres positives Potenzial hat, zieht sie Elektronen an. Und an der Anode gibt es einen Überschuss an Elektronen, die Elektronen von der Oberfläche der Kathode abstoßen.

Abbildung 2 – Strom versus Spannung für eine Vakuumröhre

Diese Lampe wird Vakuumdiode genannt. Es kann Strom nur in eine Richtung leiten. Die Strom-Spannungs-Kennlinie einer solchen Lampe besteht aus zwei Abschnitten. Im ersten Abschnitt wird das Ohmsche Gesetz erfüllt. Das heißt, mit zunehmender Spannung gelangen immer mehr von der Kathode emittierte Elektronen zur Anode und dadurch steigt der Strom. Im zweiten Abschnitt erreichen alle von der Kathode emittierten Elektronen die Anode und bei weiterer Spannungserhöhung steigt der Strom nicht an. Es gibt einfach nicht die richtige Anzahl an Elektronen. Dieser Bereich wird Sättigung genannt.

Vakuum ist ein Zustand verdünnten Gases, in dem die mittlere freie Weglänge der Moleküle liegtλ ist größer als die Größe des Gefäßes d, in dem sich das Gas befindet.

Aus der Definition des Vakuums folgt, dass es praktisch keine Wechselwirkung zwischen Molekülen gibt, daher kann keine Ionisierung von Molekülen stattfinden, daher können im Vakuum keine freien Ladungsträger erhalten werden, daher ist darin kein elektrischer Strom möglich;
Um im Vakuum elektrischen Strom zu erzeugen, müssen Sie eine Quelle freier geladener Teilchen darin platzieren. An eine Stromquelle angeschlossene Metallelektroden werden in ein Vakuum gebracht. Eine davon wird erhitzt (sie wird Kathode genannt), wodurch der Ionisationsprozess stattfindet, d.h. Aus der Substanz werden Elektronen freigesetzt und es entstehen positive und negative Ionen. Die Wirkung einer solchen Quelle geladener Teilchen kann auf dem Phänomen der thermionischen Emission beruhen.

Thermionische Emission ist der Prozess der Emission von Elektronen aus einer erhitzten Kathode. Das Phänomen der thermionischen Emission führt dazu, dass eine erhitzte Metallelektrode kontinuierlich Elektronen emittiert. Die Elektronen bilden eine Elektronenwolke um die Elektrode. Die Elektrode wird positiv geladen und unter dem Einfluss des elektrischen Feldes der geladenen Wolke werden Elektronen aus der Wolke teilweise zur Elektrode zurückgeführt. Im Gleichgewichtszustand ist die Anzahl der Elektronen, die pro Sekunde die Elektrode verlassen, gleich der Anzahl der Elektronen, die während dieser Zeit zur Elektrode zurückkehren. Je höher die Temperatur des Metalls ist, desto höher ist die Dichte der Elektronenwolke. Die Arbeit, die ein Elektron leisten muss, um das Metall zu verlassen, wird als Austrittsarbeit A out bezeichnet.

[A out] = 1 eV

1 eV ist die Energie, die ein Elektron erhält, wenn es sich in einem elektrischen Feld zwischen Punkten mit einer Potentialdifferenz von 1 V bewegt.

1 eV = 1,6*10 -19 J

Der Temperaturunterschied zwischen heißen und kalten Elektroden, die in einem Gefäß eingeschlossen sind, aus dem die Luft evakuiert wird, führt zu einer einseitigen elektrischen Stromleitung zwischen ihnen.

Wenn die Elektroden an eine Stromquelle angeschlossen werden, entsteht zwischen ihnen ein elektrisches Feld. Wird der Pluspol der Stromquelle mit einer kalten Elektrode (Anode) und der Minuspol mit einer beheizten (Kathode) verbunden, so ist der elektrische Feldstärkevektor auf die beheizte Elektrode gerichtet. Unter dem Einfluss dieses Feldes verlassen Elektronen teilweise die Elektronenwolke und bewegen sich in Richtung der kalten Elektrode. Der Stromkreis wird geschlossen und ein elektrischer Strom entsteht darin. Wenn die Quelle mit entgegengesetzter Polarität eingeschaltet wird, wird die Feldstärke von der beheizten zur kalten Elektrode geleitet. Das elektrische Feld drückt die Elektronen der Wolke zurück zur erhitzten Elektrode. Der Stromkreis scheint offen zu sein.

Ein Gerät, das elektrischen Strom nur in eine Richtung leitet, wird Vakuumdiode genannt. Es besteht aus einer Elektronenröhre (Gefäß), aus der Luft abgepumpt wurde und in der sich Elektroden befinden, die an eine Stromquelle angeschlossen sind. Strom-Spannungs-Kennlinie einer Vakuumdiode. Unterzeichnen Sie die Abschnitte der Strom-Spannungs-Kennlinien des Diodendurchgangsmodus und geschlossen?? Bei niedrigen Anodenspannungen erreichen nicht alle von der Kathode emittierten Elektronen die Anode und der elektrische Strom ist gering. Bei hohen Spannungen erreicht der Strom die Sättigung, d.h. Maximalwert. Zur Gleichrichtung von elektrischem Wechselstrom wird eine Vakuumdiode verwendet. Derzeit werden Vakuumdioden praktisch nicht verwendet.

Wenn in die Anode einer Elektronenröhre ein Loch gebohrt wird, fliegen einige der durch das elektrische Feld beschleunigten Elektronen in dieses Loch und bilden hinter der Anode einen Elektronenstrahl. Ein Elektronenstrahl ist Fluss schnell fliegender Elektronen in Vakuumröhren und Gasentladungsgeräten.

Eigenschaften von Elektronenstrahlen:
- in elektrischen Feldern abweichen;
- in Magnetfeldern unter dem Einfluss der Lorentzkraft ablenken;
- Wenn ein Strahl, der auf eine Substanz trifft, abgebremst wird, entsteht Röntgenstrahlung;
- verursacht Leuchten (Lumineszenz) einiger Feststoffe und Flüssigkeiten;
- Erhitzen Sie die Substanz, indem Sie sie berühren.

Kathodenstrahlröhre (CRT).
CRTs nutzen thermionische Emissionsphänomene und die Eigenschaften von Elektronenstrahlen.

In einer Elektronenkanone passieren die von einer beheizten Kathode emittierten Elektronen eine Steuergitterelektrode und werden von den Anoden beschleunigt. Eine Elektronenkanone fokussiert einen Elektronenstrahl auf einen Punkt und verändert die Helligkeit des Lichts auf dem Bildschirm. Durch horizontale und vertikale Ablenkplatten können Sie den Elektronenstrahl auf dem Bildschirm an jeden Punkt des Bildschirms bewegen. Der Röhrenschirm ist mit einem Leuchtstoff bedeckt, der bei Beschuss mit Elektronen zu leuchten beginnt.

Es gibt zwei Arten von Röhren:
1) mit elektrostatischer Steuerung des Elektronenstrahls (Ablenkung des Elektronenstrahls nur durch ein elektrisches Feld);
2) mit elektromagnetischer Steuerung (magnetische Ablenkspulen werden hinzugefügt).
Kathodenstrahlröhren erzeugen schmale Elektronenstrahlen, die durch elektrische und magnetische Felder gesteuert werden. Diese Strahlen werden verwendet in: Fernsehbildröhren, Computerdisplays, elektronischen Oszilloskopen in Messgeräten.

Elektrischer Strom kann nicht nur in Metallen erzeugt werden, sondern auch im Vakuum, beispielsweise in Radioröhren, in Kathodenstrahlröhren. Lassen Sie uns die Natur des Stroms im Vakuum herausfinden.

Metalle haben große Zahl freie, sich zufällig bewegende Elektronen. Wenn sich ein Elektron der Oberfläche eines Metalls nähert, hindern die von der Seite positiver Ionen auf es wirkenden und nach innen gerichteten Anziehungskräfte das Elektron daran, das Metall zu verlassen. Die Arbeit, die geleistet werden muss, um im Vakuum ein Elektron aus einem Metall zu entfernen, nennt man Arbeitsfunktion. Das ist bei verschiedenen Metallen unterschiedlich. Für Wolfram ist es also gleich 7,2*10 -19 j. Ist die Energie eines Elektrons kleiner als die Austrittsarbeit, kann es das Metall nicht verlassen. Viele Elektronen sogar mit Raumtemperatur, deren Energie nicht viel größer als die Austrittsarbeit ist. Nachdem sie das Metall verlassen haben, entfernen sie sich ein kurzes Stück von diesem und kehren unter dem Einfluss der Anziehungskräfte der Ionen zum Metall zurück, wodurch eine dünne Schicht aus ausgehenden und zurückkehrenden Elektronen entsteht, die sich im dynamischen Gleichgewicht befinden , entsteht nahe der Oberfläche. Durch den Elektronenverlust wird die Metalloberfläche positiv geladen.

Damit ein Elektron das Metall verlassen kann, muss es gegen die Abstoßungskräfte des elektrischen Feldes der Elektronenschicht und gegen die Kräfte des elektrischen Feldes der positiv geladenen Oberfläche des Metalls arbeiten (Abb. 85. a). Bei Raumtemperatur gibt es fast keine Elektronen, die über die geladene Doppelschicht hinaus entweichen könnten.

Damit Elektronen über die Doppelschicht hinaus entweichen können, müssen sie eine Energie haben, die viel größer ist als die Austrittsarbeit. Dazu wird den Elektronen von außen Energie zugeführt, beispielsweise durch Erhitzen. Die Emission von Elektronen durch einen erhitzten Körper wird als thermionische Emission bezeichnet. Es ist einer der Beweise für das Vorhandensein freier Elektronen im Metall.

In einem solchen Experiment kann das Phänomen der thermionischen Emission beobachtet werden. Nachdem wir das Elektrometer positiv aufgeladen haben (aus einem elektrifizierten Glasstab), verbinden wir es mit einem Leiter mit der Elektrode A der Demonstrationsvakuumlampe (Abb. 85, b). Das Elektrometer entlädt sich nicht. Nachdem wir den Stromkreis geschlossen haben, erhitzen wir den Faden K. Wir sehen, dass die Nadel des Elektrometers abfällt – das Elektrometer ist entladen. Die vom heißen Glühfaden emittierten Elektronen werden von der positiv geladenen Elektrode A angezogen und neutralisieren deren Ladung. Der Fluss thermionischer Elektronen vom Filament zur Elektrode A unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes erzeugte im Vakuum einen elektrischen Strom.

Wenn das Elektrometer negativ geladen ist, kann es sich bei einem solchen Experiment nicht entladen. Die aus dem Glühfaden austretenden Elektronen werden nicht mehr von der Elektrode A angezogen, sondern im Gegenteil von ihr abgestoßen und kehren zum Glühfaden zurück.

Lassen Sie uns einen Stromkreis zusammenbauen (Abb. 86). Wenn der Faden K nicht erhitzt wird, ist der Stromkreis zwischen ihm und Elektrode A offen – die Galvanometernadel steht auf Null. In seinem Stromkreis fließt kein Strom. Durch das Schließen des Schlüssels erhitzen wir das Filament. Durch den Galvanometerkreis floss ein Strom, während thermionische Elektronen den Stromkreis zwischen dem Glühfaden und der Elektrode A schlossen und so im Vakuum einen elektrischen Strom bildeten. Elektrischer Strom im Vakuum ist ein gerichteter Elektronenfluss unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes. Die Geschwindigkeit der gerichteten Bewegung von Elektronen, die im Vakuum Strom bilden, ist milliardenfach größer als die Geschwindigkeit der gerichteten Bewegung von Elektronen, die in Metallen Strom bilden. So erreicht die Geschwindigkeit des Elektronenflusses an der Anode von Funkempfängerlampen mehrere tausend Kilometer pro Sekunde.