1. Metallarda elektr toki Metallar qarshiligini temperaturaga bog’lanishi

Metallarda elektr toki. Metallar qarshiligini temperaturaga bog’lanishi
Reja:
1. Metallarda elektr toki
2. Metallar qarshiligini temperaturaga bog’lanishi
3. Elektr toki

Metallar o‘z-o‘zidan musbat zaryadga ega bo‘lmaydi. Demak, metallni o‘z-o‘zidan tashlab ketuvchi o‘tkazgich elektronlar soni sezilarli darajada bo‘lmaydi. Bu hol metallarda elektronlar uchun potensial chuqurlik mavjudligi bilan tushuntiriladi. Metallni tashlab ketishga energiyasi sirtga yaqin bo‘lgan potensial chuqurlikni yengib o‘tish uchun yetarli bo‘lgan elektronlargina muvaffaq bo‘ladi. Bu barerni ifodalovchi kuch quyidagicha kelib chiqqan. Sirtqi qatlamdagi musbat ionlar panjarasidan elektronlarning tasodifan chiqib ketishi, elektron ketgan o‘rinda ortiqcha musbat zaryadning paydo bo‘lishiga olib keladi. Bu zaryad bilan bo‘lgan Kulon o‘zaro ta’sir kuchi tezligi uncha katta bo‘lmagan elektronni qaytishga majbur etadi. Shunday qilib, ayrim elektronlar hamma vaqt metall sirtidan chiqib ketadi, undan bir necha atomlararo masofalariga uzoqlashadi, so‘ngra yana qaytadi. Natijada metall yupqa elektronlar buluti bilan o‘ralgan bo‘ladi. Bu bulut tashqi ionlar qatlami bilan qo‘sh elektr qatlamni hosil qiladi. Bunday qatlamda elektronga ta’sir etuvchi kuchlar metall ichiga yo‘nalgandir. Elektronni metallning ichidan uning sirtiga ko‘chirishdagi bu kuchlarga qarshi bajarilgan ish elektronning potensial energiyasini orttirishiga ketadi.

Ikkilangan qatlamning maydoni elektronlar uchun tormozlovchi maydondan iborat bo‘ladi. Shuning uchun elektron metall sirtiga uchib chiqishi uchun o‘zining kinetik energiyasi hisobiga quyidagi ishni bajarishi kerak, ya’ni:
(15)
bu yerda φ – chiqish potensiali.
Elektronni qattiq yoki suyuq jismdan vakuumga chiqarish uchun zarur bo‘lgan eng kichik energiya chiqish ishi deb ataladi.
Yoki: Elektronni metalldan chiqib ketishi uchun bajarilishi zarur bo‘lgan ishga elektronning metalldan chiqish ishi deyiladi.
Turli metallar uchun elektronning chiqish ishi turlicha bo‘ladi. Chiqish ishining qiymati metall sirtining tozaligiga juda ham sezgidir.
Odatda xona temperaturasida metalldagi erkin elektronlarning kinetik energiyasi kichik bo‘ladi. Agar erkin elektronlarga qo‘shimcha energiya berilsa, ularda metallni tashlab chiqish imkoni tug‘iladi.
Metalldan elektronlarni uchib chiqish jarayoniga elektron emissiya deyiladi.
Elektronlarga turli usullar bilan ta’sir ko‘rsatib elektronlar emissiyasini hosil qilish mumkin. Masalan, yorug‘lik ta’sirida fotoelektron emissiyani, kuchli elektr maydon ta’sirida avtoelektron emissiyani, issiqlik ta’sirida esa termoelektron emissiyani hosil qilish mumkin.
Qizigan qattiq yoki suyuq jismlarning elektronlar chiqarishi termoelektron emissiya deb aytiladi.
Termoelektron emissiya hodisasi shu bilan tushintiriladiki, elektronlarning energiya bo‘yicha taqsimlanishi natijasida metall chegarasida potensial to‘siqni yengish uchun energiyasi yetarli bo‘lgan ma’lum miqdor elektronlar mavjud bo‘ladi. Temperatura ko‘tarilganda bunday elektronlar miqdori keskin ortadi va sezilarli bo‘lib qoladi.
Termoelektron emissiya hodisasini 1-rasmda tasvirlangan sxema yordamida amalga oshirish qulay.



G



V
F A R₂ B_A
K


R₁ B_q

1-rasm.
Sxemaning asosiy elementi ikki eletrodli lampa hisoblanadi, uni odatda vakuumli diod deb ataladi. Lampani ichida katod va anoddan iborat ikkita elektrodi bo‘lgan, havosi so‘rib olingan metall yoki shisha ballondan iborat. Konstruksiyasi bo‘yicha elektrodlar turli shaklda tayyorlangan bo‘lishi mumkin. Oddiy holda, katod ingichka to‘g‘ri tola, anod esa katodga nisbatan koaksal silindr shaklida bo‘ladi.

Katod, cho‘g‘lantiruvchi batareya B_q tomonidan hosil qilingan tok bilan qizdiriladi. Reostat R₁ yordami bilan cho‘g‘latish tok kuchini boshqarib, cho‘g‘lanish temperaturasini o‘zgaritirish mumkin. Elektrodlarga B_A anod batareyasidan kuchlanish beriladi. Anod kuchlanishining kattaligini R₂ potensiometr yordamida o‘zgartirish va V voltmetr yordamida o‘lchash mumkin. Galvonometr G anod tok kuchini o‘lchash uchun mo‘ljallangan.
Agar katod cho‘g‘lanishini birday saqlagan holda, anod tok kuchining anod kuchlanishiga bog‘liqligi olinsa, u holda 2a – rasmda tasvirlangan egri chiziq hosil bo‘ladi. Ushbu egri chiziq volt-amper harakteristikasi deb ataladi.


J_a j_T
J_T
A

0 U_T U_a T

2-rasm.
U_a = 0 bo‘lganda katoddan uchib chiqqan elektronlar uning atrofida manfiy fazoviy zaryadlar – elektron bulutni hosil qiladi. Manfiy zaryadlangan elektron bulut katoddan chiqayotgan elektronlarni orqaga qaytaradi. Elektron bulutni anodga tortish uchun anodni elektr manbaining musbat qutbiga ulash lozim. Katod bilan anod orasidagi elektr maydon ta’sirida elektronlarning kinetik energiyasi,
(16)
formulaga ko‘ra oshib ular anodga yetib bora boshlaydi. Katoddan chiqayotgan elektronlarning taqsimoti ham Maksvell taqsimoti qonuniga bo‘ysunadi. Anodning kichik kuchlanishida faqat kinetik energiyasi katta bo‘lgan elektronlargina anodga yetib borishi mumkin. Bundan xulosa shuki, anod toki anod kuchlanishiga bog‘liq ravishda oshib boradi (2-rasm). Uncha katta bo‘lmagan anod kuchlanishlarida anod toki bilan U_a orasidagi bog‘lanish Boguslavskiy-Lengmyur qonuni
(17)
orqali aniqlanadi. Anod toki kuchlanishining 3/2 darajasiga proporsional bo‘lganidan (17) ifoda 3/2 qonuni deb ham yuritiladi. Tenglamadagi α – elektrodlarning shakliga va ularning o‘zaro joylashishiga bog‘liq bo‘lgan koeffitsiyent.
Boguslavskiy-Lengmyur qonuni 2a-rasmda keltirilgan grafikning faqat OA qismi uchun o‘rinlidir. Anod kuchlanishi U_T qiymatga erishganda, tokning keyingi o‘sishi tamomila to‘xtaydi. Bunda tok to‘yinish toki qiymatiga erishadi.
Katoddan chiqayotgan hamma elektronlarning anodga yetib kelishi bilan aniqlanadigan tokning qiymati to‘yinish toki deyiladi. 2a-rasmda to‘yinish tokining grafigi anod kuchlanishining o‘qiga parallel bo‘lgan to‘g‘ri chiziq bilan ifodalanadi.
Tajriba natijalarining ko‘rsatishicha, to‘yinish tok kuchi katod harakatining ortishi bilan unga mos ravishda o‘sadi. To‘yinish toki zichligining haroratga bog‘liqligi Richardson-Deshmen formulasi orqali aniqlanadi, ya’ni:
(18)
Bunda V – katod materialiga va sirtiga bog‘liq doimiy; A – chiqish ishi;