Termoelektron emissiya

Reja:

1. 
   Termoelektron emissiya
   
2. 
   Termoelektron emissiya qonuniyatlari
   
3. 
   Metallarda elektron emissiya
   

Termoelektron emissiya, Richardson effekti— oʻtkazgichlar, qattiq va baʼzan suyuq jismlardan issiklik energiyasi taʼsirida elektronlarning vakuum yoki boshqa muxitlarga chikish hodisasi. Bu hodisa vakuumda toza metallar (W, Mo, Ta) dan 2000—2500 K trada va murakkab yarimutkazgichli katodlardan 1000 K trada kuzatiladi. Elektronlar jism sirti (emitter) dan tashqariga chiqishi uchun jism chegarasidagi potensial toʻsiqni yengishi zarur; past tralarda bu toʻsiqni yenga olmaydi. Metall qizdirilganda elektronlarning kinetik energiyasi ortib, sirtdan oʻtib, sirt atrofida fazoviy zaryad hosil qiladi. Fazoviy zaryadning elektr maydoni Termoelektron emissiya jarayonini susaytiradi. Buning oldini olish uchun fazoviy zaryaddan maʼlum masofada elektrod (anod)ga musbat potensial berilib, fazoviy zaryad tortib olinadi, yaʼni termoelektron tok hosil qilinadi. Termoelektron tok emitter — katod xossasiga, anod kuchlanishiga va traga bogʻliq. Termoelektron emissiya tokining maksimal toʻyinish qiymatining kuchlanishga bogʻlikligi Chayld — Lengmyur formulasi bilan ifodalanadi. Termoelektron emissiya koʻpgina elektrovakuum asboblar va ion asboblar ishlashining asosi hisoblanadi. Uni dastlab 1900—01 yillarda O.U. Richardson oʻrgangan. Richardson — Deshman formulasi yarimoʻtkazgichli emitterlar uchun ham oʻrinli, ammo bunda Termoelektron emissiya hodisasining mohiyati metallarnikidan farq qiladi. Termoelektron emissiya katodlar ishlab chiqarish, elektrovakuum va gazrazryad qurilmalarning asosini tashkil etadi.
Termoelektron emissiya qonuniyatlari
Termoemission aylantirgichda ro’y beradigan hodisalar, ayniqsa gaz to’ldirilgan aylantirgichlardagi ancha murakkab. Ammo, barcha tipli termoemission aylantirgichlarning ishlashi ikkita effekt –termoelektron emissiya va kontakt potensiallari ayirmasiga asoslangan. Shu effektlardan biri bo’lgan termoelektron emissiya qonuniyatlarini batafsil ko’rib chiqamiz.
Ma’lumki, T=0 K bo’lganda metaldagi erkin elektronlarning eng katta energiyasi Fermi energiyasi E_F ga teng bo’ladi. Lekin bu energiya metall sirtidagi potensial to’siq W dan kichik (E_FKristallni qizdirish yo’li bilan elektronlarga qo’shimcha energiya berish asosida ro’y beradigan elektronlar emissiyasi termoelektron emissiya deb ataladi. Boshlang’ich paytda termokatodlarni tayyorlashda asosan, toza metallardan (W, Ta, …) foydalanilgan. Hozirgi paytda bu xildagi termokatodlar ayrim qurilmalardagina ishlatiladi. Ko’pincha pardali, yarim o’tkazgichli yoki oksidli katodlardan foydalaniladi. Lekin bu hodisaning qonuniyatlarini tushunish uchun avvalo metalldagi termoelektron emissiya jarayonlarini ko’rib chiqish maqsadga muvofiq bo’ladi.
Erkin eletronlar modelidan foydalanib, metall sirtidan emissiyalanayotgan elektronlarning tok zichligini hisoblash formulasini keltirib chiqaramiz. Faraz qilaylik, metalldagi erkin elektronlarning eng pastki (asosiy holat) sathidagi elektronni emssiyalantirish energiyasi W₀ ga, Fermi sathidagi elektronni metalldan chiqarish energiyasi eφ ga teng bo’lsin (1.1-rasm). Ko’pincha W₀ –elektronning to’liq chiqish ishi, eφ esa elektronning effektiv chiqish ishi deb ataladi. Rasmdan ko’rinadiki.







Bunda, E-elektronning kinetik energiyasi, V_x-elektron tezligining x komponenti


Elektron emissiya Biz metallarda issiqlik harakatida ishtirok etuvchi o'tkazuvchanlik elektronlari bo'lishini ko'rdik. Elektronlar metall ichida saqlangani uchun sirt yaqinida elektronlarga ta’sir qiluvchi va metallning ichiga qarab yo'nalgan kuchlar mavjud bo'ladi. Bu kuchlar elektronlar va panjaraning musbat ionlari orasidagi tortishish tufayli paydo bo'ladi. Bunday o'zaro ta’sir natijasida metallaming sirtqi qatlamida elektr maydon hosil bo'ladi, potensial esa tashqi fazodan metall ichiga o'tishida qandaynir
Xona temperaturalarida metallar va yarimo'tkazgichlardagi deyarli barcha elektronlar uchun bu shart bajarilmaydi va elektronlar o'tkazgich chegarasida bog'lan-gandir. Biroq elektronlarga turli usullar bilan qo'shimcha energiya berish mumkin. Bunday holda metall elektronlaming bir qismi metallni tashlab chiqish imkoniyatiga ega bo'ladi va biz elektronlar chiqarish, ya’ni elektron em issiya hodisasini kuzatamiz. Elektronlarga energiya qanday usulda berilishiga bog'liq holda biz elektron emissiyaning turli xillari to'g'risida gapirishimiz mumkin. Agar elektronlar jismlar temperaturasining ko'tarilishi natijasida jism 161 issiqlik energiyasi hisobiga energiya olayotgan bo'lsa, bunday emissiya term oelektron em issiya; elektronlarga yorug'lik yordamida energiya berilayotgan bo'lsa, bunday emissiya fotoem issiya yoki fo to e le k tr effekti; agar energiya elektronlarga biror tashqi boshqa zarralar bilan bombardimon qilishda berilgan bo'lsa, bunday emissiya ikkila m ch i elektron emissiya deb ataladi.
Term oelektron emissiyani kuzatish uchun havosi so'rib olingan ikki elektrodli lampadan foydalanish mumkin. Uning bir elektrodi qiyin eriydigan materialdan qilingan tok bilan maxsus cho'g'lantiriladigan sim, ikkinchisi esa termoelektronlarini qabul qilib oluvchi sovuq elektron. Bunday lampalar hozirgi zamon radiotexnikasida o'zgamvchan toklami to'g'rilashda keng qo'llaniladi. Diodning anodi ko'pincha silindr shaklida yasalib, uning ichiga cho'g'lanadigan katod joylashtiriladi. Agar vakuumli diod, kuchlanish manbai va milliampermetrdan iborat elektr zanjir tuzilsa (85-rasm), u holda katod sovuq bo'lganda zanjirda tok paydo bo'lmaydi, chunki diod ichidagi kuchli siyraklangan gazda zaryadlangan zarralar yo'q va shuning uchun diodning elektr o'tkazuvchanligi amalda nolga teng bo'ladi. Agar diod katodini qo'shimcha tok manbai yordam ida yuqori temperaturagacha cho'gTantirilsa, milliampermetr tok paydo bo'lganini qayd qiladi. Diod zanjirda tok faqat batareyaning musbat qutbi anod bilan, manfiy qutbi esa katod bilan ulangandagina paydo bo'ladi. Agar diodga berilgan potensiallar farqining ishorasi o'zgartirilsa, u holda katodni qanchalik 86-rasm. kuchli cho'g'lantirsak ham zanjirda tok 162 paydo bo'lmaydi. Bu hoi katodning manfiy zarralar, ya’ni elektronlar chiqarishini va musbat ionlar metallni sezilarli miqdorda tark etmasligini bildiradi. Dioddagi termoelektron tok kuchi anodning katodga nisbatan qanday kattalikda potensialga ega ekaniga bog'liqdir. Dioddagi tok kuchining anod kuchlanishiga bog‘liqligini tasvirlovchi egri chiziq 86-rasmda tasvirlangan. Anod potensiali ortganida tok kuchi 01 egri chiziqqa muvofiq ortadi. Anod kuchlanishining yanada ortishida tok kuchi biror maksimal is qiymatga erishadi, bu qiymat diodning to'yinish to ki deb ataladi va bu qiymat endi anod kuchlanishiga deyarli bog'liq bo'lmay qoladi. Katod temperaturasi ortgan sari tavsifi 0125, 01236 va h.k. egri chiziqlar bilan tasvirlanadi. Tokning is dan kichik qiymatlarida tok kuchining kuchlanishga bog'lanishi barcha temperaturalarda ayni bir 0123 egri chiziq bilan tasvirlanadi. Turli temperaturalarda to'yinish toki is ning qiymati turlicha bo'ladi, katod temperaturasi ortganida bu qiymatlar tez kattalashadi. Bunda to'yinish toki qaror topadigan anod kuchlanishi ham ortadi. Ko'rib turibmizki, elektron lampaning Volt-Amper tavsifi to'g'ri chiziqli bo'lmas ekan, binobarin, elektron lampa Om qonuniga bo'ysunmaydigan o'tkazgichga misol bo'lar ekan. Diod tokining kuchlanishga bog'liq bo'lishining sababi oddiy. Termoelektron emissiya bo'lganida katod va anod orasidagi fazoda vaqtning ixtiyoriy paytida katoddan anodga qarab harakatlanuvchi elektronlar bo'ladi, bu elektronlar manfiy zaryad bulutini hosil qiladi. Bu fazoviy zaryad diodda potensial taqsimotini o'zgartiradi. Agar katod va anod bir-biriga parallel bo'lgan yassi plastinkalar bo'lsa (87-rasm), u holda fazoviy zaryad bo'lmaganida yassi kondensatomi tashkil qiluvchi katod va anod orasida potensial taqsimoti 1 to'g'ri chiziq bilan tasvirlanadi. Termoelektron tok bo'lganida katod va anod orasida fazoviy zaryad hosil bo'ladi va potensial taqsimoti o'zgaradi; bu taqsimot endi 2 egri chiziq bilan ifodalanadi. Bunda har qanday x tekislikda potensialning qiymati fazoviy zaryad bo'lmagandagidan kichik bo'ladi, binobarin, elektronlar harakati tezligi ham fazoviy zaryad bo'lganda kamayadi.