Что представляет собой электрический ток в вакууме

Электрический ток в вакууме

Вакуум — пространство, свободное от вещества. В наиболее общем смысле, вакуум — это пустота. В физике и технике под вакуумом подразумевается газообразная среда при давлении в сотни раз ниже атмосферного.

Электрический ток в физике — это направленное движение носителей заряда. Вакуум — диэлектрик, и ток не может возникнуть в нем сам по себе. Условие протекания электрического тока в вакууме — наличие в нем достаточного количества свободных заряженных частиц. Например, электронов.

Термоэлектронная эмиссия

Как свободные электроны могут появиться в вакууме? Благодаря явлению термоэлектронной эмиссии, открытому Томасом Эдисоном в 1879 году.

Определение. Термоэлектронная эмиссия

Термоэлектронная эмиссия — испускание электронов из металла при его нагревании.

Металлы являются наилучшими проводниками, так как имеют свободные электроны, которые иногда еще называют электронным газом. При нагревании металла энергия электронов (измеряется в электронвольтах) увеличивается и они могут «вырваться» из металла. Для того, чтобы вылететь из металла, электрон должен обладать энергией, превышающей работу выхода электронов для этого металла.

A в ы х = E 0 — μ

Здесь A в ы х — работа выхода, которую нужно преодолеть электрону, E 0 — его энергия, μ — энергия Ферми.

Термоэлектронный ток

Испущенные металлом свободные электроны образуют у поверхности металла электронное облако. Если создать в данной области электрическое поле, электроны начинают двигаться под действием сил поля. Иными совами, возникает электрический ток, называемый термоэлектронным.

Определение. Термоэлектронный ток

Термоэлектронный ток — ток, возникающий при испускании (эмиссии) электронов накаленными телами в вакуумных приборах.

Так, если в вакууме поместить две металлические пластины и создать между ними разность потенциалов и условия для термоэлектронной эмиссии, возникнет термоэлектронный ток.

Электрический ток в вакууме широко используется в вакуумных приборах. Самый простой пример — электронная лампа, или вакуумный диод.

Вакуумный диод представляет собой баллон с откачанным воздухом, содержащий электроды: катод и анод. Электроны выбиваются из катода и летят к аноду.

Для вакуумного диода не выполняется закон Ома. При небольших значениях напряжения на аноде имеет место формула зависимости силы электрического тока от напряжения:

где B — коэффициент пропорциональности, который зависит от формы, расположения и размеров электродов.

При увеличении разности потенциалов между электродами сила тока будет расти. Однако, для термоэлектронного тока существует понятие тока насыщения. Это ток такой силы, при котором все электроны из электронного облака достигают другой анода. При достижении силы тока насыщения и дальнейшем росте разности потенциалов, сила тока насыщения не меняется.

Эмиссионную способность материала катода характеризует плотность тока насыщения, которая определяется по формуле Ричардсона-Дешмана:

j = 1 — h R i A · T 2 · e — q φ k T .

Здесь h — постоянная Планка, h R i — усредненное значение коэффициента отражения электронов от потенциального порога, A — термоэлектрическая постоянная, равная 120 , 4 A К 2 · с м 2 , T — температура, q — заряд электрона, q φ — работа выхода, k — постоянная Больцмана.

Физика

Перед тем, как говорить, по какому механизму распространяется электрический ток в вакууме, необходимо понять, что же это за среда.

Определение. Вакуум – состояние газа, при котором свободный пробег частицы больше размера сосуда. То есть такое состояние, при котором молекула или атом газа пролетает от одной стенки сосуда к другой, не сталкиваясь с другими молекулами или атомами. Существует также понятие глубины вакуума, которое характеризует то малое количество частиц, которое всегда остается в вакууме.

Для существования электрического тока необходимо наличие свободных носителей заряда. Откуда они берутся в области пространства с очень малым содержанием вещества? Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть опыт, проведенный американским физиком Томасом Эдисоном (рис. 1). В ходе эксперимента две пластины помещались в вакуумную камеру и замыкались за ее пределами в цепь с включенным электрометром. После того как одну пластину нагревали, электрометр показывал отклонение от нуля (рис. 2).

Рис. 1. Томас Эдисон (Источник)

Результат опыта объясняется следующим образом: в результате нагревания металл из своей атомной структуры начинает испускать электроны, по аналогии испускания молекул воды при испарении. Разогретый металл окружает электронное облако. Такое явление называется термоэлектронной эмиссией.

Рис. 2. Схема опыта Эдисона

Свойство электронных пучков

В технике очень важное значение имеет использование так называемых электронных пучков.

Определение. Электронный пучок – поток электронов, длина которого много больше его ширины. Получить его довольно просто. Достаточно взять вакуумную трубку, по которой проходит ток, и проделать в аноде, к которому и идут разогнанные электроны, отверстие (так называемая электронная пушка) (рис. 3).

Рис. 3. Электронная пушка

Электронные пучки обладают рядом ключевых свойств:

• В результате наличия большой кинетической энергии они имеют тепловое воздействие на материал, в который врезаются. Данное свойство применяется в электронной сварке. Электронная сварка необходима в тех случаях, когда важно сохранение чистоты материалов, например, при сваривании полупроводников.
• При столкновении с металлами электронные пучки, замедляясь, излучают рентгеновское излучение, применяемое в медицине и технике (рис. 4).

Рис. 4. Снимок, сделанный при помощи рентгеновского излучения (Источник)

• При попадании электронного пучка на некоторые вещества, называющиеся люминофорами, происходит свечение, что позволяет создавать экраны, помогающие следить за перемещением пучка, конечно же, невидимого невооруженным глазом.
• Возможность управлять движением пучков с помощью электрических и магнитных полей.

Следует отметить, что температура, при которой можно добиться термоэлектронной эмиссии, не может превышать той температуры, при которой идет разрушение структуры металла.

На первых порах Эдисон использовал следующую конструкцию для получения тока в вакууме. В вакуумную трубку с одной стороны помещался проводник, включенный в цепь, а с другой стороны – положительно заряженный электрод (см. рис. 5):

В результате прохождения тока по проводнику он начинает нагреваться, эмиссируя электроны, которые притягиваются к положительному электроду. В конце концов, возникает направленное движение электронов, что, собственно, и является электрическим током. Однако количество таким образом испускаемых электронов слишком мало, что дает слишком малый ток для какого-либо использования. С этой проблемой можно справиться добавлением еще одного электрода. Такой электрод отрицательного потенциала называется электродом косвенного накаливания. С его использованием количество движущихся электронов в разы увеличивается (рис. 6).

Рис. 6. Использование электрода косвенного накаливания

Стоит отметить, что проводимость тока в вакууме такая же, как и у металлов – электронная. Хотя механизм появления этих свободных электронов совсем иной.

Применение тока в вакууме

На основе явления термоэлектронной эмиссии был создан прибор под названием вакуумный диод (рис. 7).

Рис. 7. Обозначение вакуумного диода на электрической схеме

Вакуумный диод

Рассмотрим подробнее вакуумный диод. Существует две разновидности диодов: диод с нитью накаливания и анодом и диод с нитью накаливания, анодом и катодом. Первый называется диодом прямого накала, второй – косвенного накала. В технике применяется как первый, так и второй тип, однако диод прямого накала имеет такой недостаток, что при нагревании сопротивлении нити меняется, что влечет за собой изменение тока через диод. А так как для некоторых операций с использованием диодов необходим совершенно неизменный ток, то целесообразнее использовать второй тип диодов.

В обоих случаях температура нити накаливания для эффективной эмиссии должна равняться .

Диоды используются для выпрямления переменных токов. Если диод используется для преобразования токов промышленного значения, то он называется кенотроном.

Электрод, расположенный вблизи испускающего электроны элемента, называется катодом (), другой – анодом (). При правильном подключении при увеличении напряжения растет сила тока. При обратном же подключении ток идти не будет вообще (рис. 8). Этим вакуумные диоды выгодно отличаются от полупроводниковых, в которых при обратном включении ток хоть и минимальный, но есть. Благодаря этому свойству вакуумные диоды используются для выпрямления переменных токов.

Рис. 8. Вольтамперная характеристика вакуумного диода

Другим прибором, созданным на основе процессов протекания тока в вакууме, является электрический триод (рис. 9). Его конструкция отличается от диодной наличием третьего электрода, называемого сеткой. На принципах тока в вакууме основан также такой прибор, как электронно-лучевая трубка, составляющий основную часть таких приборов, как осциллограф и ламповые телевизоры.

Рис. 9. Схема вакуумного триода

Электронно-лучевая трубка

Как уже было сказано выше, на основе свойств распространения тока в вакууме было сконструировано такое важное устройство, как электронно-лучевая трубка. В основе своей работы она использует свойства электронных пучков. Рассмотрим строение этого прибора. Электронно-лучевая трубка состоит из вакуумной колбы, имеющей расширение, электронной пушки, двух катодов и двух взаимно перпендикулярных пар электродов (рис. 10).

Рис. 10. Строение электронно-лучевой трубки

Принцип работы следующий: вылетевшие вследствие термоэлектронной эмиссии из пушки электроны разгоняются благодаря положительному потенциалу на анодах. Затем, подавая желаемое напряжение на пары управляющих электродов, мы можем отклонять электронный пучок, как нам хочется, по горизонтали и по вертикали. После чего направленный пучок падает на люминофорный экран, что позволяет нам видеть на нем изображение траектории пучка.

Электронно-лучевая трубка используется в приборе под названием осциллограф (рис. 11), предназначенном для исследования электрических сигналов, и в кинескопических телевизорах за тем лишь исключением, что там электронные пучки управляются магнитными полями.

Рис. 11. Осциллограф (Источник)

На следующем уроке мы разберем прохождение электрического тока в жидкостях.

Список литературы

1. Тихомирова С. А., Яворский Б. М. Физика (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2012.
2. Генденштейн Л. Э., Дик Ю. И. Физика 10 класс. – М.: Илекса, 2005.
3. Мякишев Г. Я., Синяков А. З., Слободсков Б. А. Физика. Электродинамика. – М.: 2010.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «physics.kgsu.ru» (Источник)
2. Интернет-портал «cathedral.narod.ru» (Источник)

Домашнее задание

1. Что такое электронная эмиссия?
2. Какие есть способы управления электронными пучками?
3. Как зависит проводимость полупроводника от температуры?
4. Для чего используется электрод косвенного накала?
5. * В чем основное свойство вакуумного диода? Чем оно обусловлено?

Электрический ток в вакууме: основные принципы и применение

В данной статье рассматривается электрический ток в вакууме: его определение, типы, свойства, законы и применение.

Электрический ток в вакууме: основные принципы и применение обновлено: 5 сентября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру

Помощь в написании работы

Введение

В физике электрический ток – это поток заряженных частиц, таких как электроны, по проводнику. Он играет важную роль в нашей повседневной жизни, от освещения и нагрева до работы электронных устройств. В этой лекции мы рассмотрим определение электрического тока, его типы, законы и свойства, а также применение в вакууме.

Нужна помощь в написании работы?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Определение электрического тока

Электрический ток – это движение электрических зарядов в проводнике. Он возникает, когда электроны, находящиеся в проводнике, начинают двигаться под воздействием электрического поля.

Ток измеряется в амперах (А) и обозначается символом I. Один ампер равен одному кулону заряда, проходящему через сечение проводника за одну секунду.

Существуют два типа электрического тока: постоянный ток (ПТ) и переменный ток (ВТ).

Постоянный ток (ПТ)

Постоянный ток – это ток, величина и направление которого не меняются со временем. Он обычно возникает в батареях, аккумуляторах и источниках постоянного тока.

Переменный ток (ВТ)

Переменный ток – это ток, величина и направление которого меняются со временем. Он обычно возникает в электрических сетях, где напряжение меняется в циклическом режиме.

Законы электрического тока описывают его свойства и поведение в различных ситуациях. Они позволяют нам понять, как ток ведет себя в цепи, как распределяется по проводникам и как влияет на другие элементы электрической схемы.

Типы электрического тока

Существуют два основных типа электрического тока: постоянный ток (ПТ) и переменный ток (ВТ).

Постоянный ток (ПТ)

Постоянный ток – это ток, величина и направление которого не меняются со временем. Он обычно возникает в батареях, аккумуляторах и источниках постоянного тока.

Постоянный ток имеет постоянную величину и направление. Это означает, что заряды движутся в одном направлении и с постоянной скоростью. Например, в автомобильной аккумуляторной батарее электроны движутся от отрицательного полюса к положительному полюсу.

Постоянный ток широко используется в электронике, электротехнике и других областях. Он позволяет нам создавать стабильные электрические схемы и устройства.

Переменный ток (ВТ)

Переменный ток – это ток, величина и направление которого меняются со временем. Он обычно возникает в электрических сетях, где напряжение меняется в циклическом режиме.

Переменный ток имеет переменную величину и направление. Это означает, что заряды движутся в разных направлениях и с разной скоростью в зависимости от момента времени. Например, в розетке домашней электрической сети напряжение меняется от положительного к отрицательному и обратно с частотой 50 или 60 герц (Гц).

Переменный ток широко используется для передачи электроэнергии по домашним и промышленным сетям. Он также используется в электрооборудовании, электромоторах и других устройствах.

Законы электрического тока

Закон Ома

Закон Ома устанавливает связь между напряжением, силой тока и сопротивлением в электрической цепи. Он гласит, что сила тока (I) в цепи прямо пропорциональна напряжению (U) и обратно пропорциональна сопротивлению (R):

где U – напряжение в вольтах (В), I – сила тока в амперах (А), R – сопротивление в омах (Ω).

Закон Кирхгофа о сумме токов

Закон Кирхгофа о сумме токов утверждает, что сумма токов, втекающих в узел (точку соединения проводников) в электрической цепи, равна сумме токов, вытекающих из этого узла:

где ΣIвтек – сумма токов, втекающих в узел, ΣIвытек – сумма токов, вытекающих из узла.

Закон Кирхгофа о сумме напряжений

Закон Кирхгофа о сумме напряжений утверждает, что сумма напряжений в замкнутом контуре электрической цепи равна нулю:

где ΣU – сумма напряжений в замкнутом контуре.

Закон Кирхгофа о сумме мощностей

Закон Кирхгофа о сумме мощностей утверждает, что сумма мощностей, потребляемых источниками и элементами цепи, равна нулю:

где ΣPпотр – сумма мощностей, потребляемых источниками, ΣPпост – сумма мощностей, потребляемых элементами цепи.

Эти законы являются основой для анализа и расчета электрических цепей и позволяют понять, как ток и напряжение взаимодействуют в электрической системе.

Электрический ток в вакууме

Электрический ток в вакууме – это поток заряженных частиц, таких как электроны, в вакуумной среде. Вакуум является идеальным изолятором, поэтому для передачи электрического тока в вакууме требуется специальное устройство, называемое вакуумным прибором.

Вакуумные приборы

Вакуумные приборы используются для создания и управления электрическим током в вакууме. Они состоят из электродов, которые создают электрическое поле, и вакуумной камеры, в которой отсутствует воздух и другие газы.

Типы вакуумных приборов

Существует несколько типов вакуумных приборов, которые используются для различных целей:

• Вакуумные диоды: это простейшие вакуумные приборы, состоящие из катода (источника электронов) и анода (приемника электронов). Они используются для выпрямления электрического тока.
• Триоды: это вакуумные приборы, которые имеют дополнительный электрод, называемый сеткой. Сетка позволяет управлять потоком электронов и используется в усилителях и других электронных устройствах.
• Вакуумные триоды с управляемым пространством: это более сложные вакуумные приборы, которые имеют дополнительный электрод, называемый управляющим электродом. Управляющий электрод позволяет точно управлять потоком электронов и используется в микроэлектронике и других высокотехнологичных приложениях.

Применение электрического тока в вакууме

Электрический ток в вакууме имеет широкий спектр применений:

• Вакуумные лампы: вакуумные лампы используются в освещении, телевизорах, радиоприемниках и других электронных устройствах.
• Вакуумные трубки: вакуумные трубки используются в научных исследованиях, медицинской диагностике и других областях.
• Вакуумные приборы для производства полупроводников: вакуумные приборы используются в процессе производства полупроводников для создания и управления электрическими сигналами.

Электрический ток в вакууме играет важную роль в современной технологии и науке, обеспечивая передачу и управление электрической энергией в условиях, где другие среды не могут быть использованы.

Свойства электрического тока в вакууме

Проводимость

Электрический ток в вакууме обладает высокой проводимостью. Это означает, что заряженные частицы, такие как электроны, могут свободно перемещаться в вакууме и создавать поток электрического тока.

Зависимость от напряжения

Сила электрического тока в вакууме зависит от напряжения, поданного на вакуумный прибор. При увеличении напряжения, сила тока также увеличивается, и наоборот.

Зависимость от сопротивления

Электрический ток в вакууме также зависит от сопротивления вакуумного прибора. Чем меньше сопротивление, тем больше ток может протекать через прибор.

Эффект термоэлектронной эмиссии

Вакуумные приборы могут использовать эффект термоэлектронной эмиссии, при котором электроны высвобождаются из нагретого катода и создают электрический ток. Этот эффект основан на том, что при нагревании катода электроны приобретают достаточно энергии, чтобы преодолеть энергетический барьер и покинуть поверхность катода.

Влияние магнитного поля

Магнитное поле может оказывать влияние на движение заряженных частиц в вакууме. При наличии магнитного поля, траектория движения электронов может изменяться, что может быть использовано для управления потоком электрического тока.

Возможность управления

Электрический ток в вакууме может быть управляемым. Это означает, что с помощью управляющих электродов в вакуумном приборе можно изменять силу и направление тока, что позволяет использовать его в различных приложениях.

Отсутствие влияния окружающей среды

Электрический ток в вакууме не зависит от окружающей среды, так как вакуум является идеальным изолятором. Это позволяет использовать вакуумные приборы в условиях, где другие среды не могут быть использованы, например, в космическом пространстве или в высоковакуумных условиях.

Эти свойства электрического тока в вакууме делают его важным инструментом в современной технологии и науке, позволяя передавать и управлять электрической энергией в условиях, где другие среды не могут быть использованы.

Применение электрического тока в вакууме

Вакуумные лампы

Одним из основных применений электрического тока в вакууме является создание света в вакуумных лампах. Вакуумные лампы содержат нить накаливания, которая нагревается до высокой температуры, вызывая эффект термоэлектронной эмиссии. Высвобождающиеся электроны создают электрический ток, который протекает через газовую среду внутри лампы и вызывает свечение.

Вакуумные триоды

Вакуумные триоды – это электронные устройства, которые используют электрический ток в вакууме для усиления и коммутации сигналов. Они состоят из катода, анода и сетки управления. При подаче напряжения на сетку управления, электроны из катода притягиваются к аноду, создавая усиленный электрический ток. Вакуумные триоды широко применяются в радио- и телекоммуникационных системах.

Вакуумные диоды

Вакуумные диоды – это электронные устройства, которые позволяют электрическому току протекать только в одном направлении. Они состоят из катода и анода, разделенных вакуумом. При подаче напряжения на катод, электроны высвобождаются и перемещаются к аноду, создавая электрический ток. Вакуумные диоды используются во многих электронных устройствах, таких как выпрямители и детекторы.

Вакуумные флуоресцентные дисплеи

Вакуумные флуоресцентные дисплеи (VFD) – это устройства, которые используют электрический ток в вакууме для создания свечения на экране. Они состоят из катодов, анодов и фосфорного покрытия. При подаче напряжения на катоды, электроны высвобождаются и сталкиваются с фосфором, вызывая его свечение. VFD используются в различных приборах, таких как часы, приборы отображения информации и даже автомобильные приборные панели.

Вакуумные электронные пушки

Вакуумные электронные пушки – это устройства, которые используют электрический ток в вакууме для создания электронного пучка. Они состоят из катода, анода и фокусирующих электродов. При подаче напряжения на катод, электроны высвобождаются и ускоряются к аноду, образуя электронный пучок. Вакуумные электронные пушки используются в телевизорах, мониторах и других устройствах, где требуется создание изображения с помощью электронного пучка.

Это лишь некоторые из применений электрического тока в вакууме. Вакуумные приборы играют важную роль в современной технологии и науке, обеспечивая надежную передачу и управление электрической энергией в условиях, где другие среды не могут быть использованы.

Таблица сравнения свойств электрического тока в проводниках и в вакууме

Свойство	Электрический ток в проводниках	Электрический ток в вакууме
Перенос заряда	Заряды переносятся электронами или ионами в проводнике	Заряды переносятся электронами в вакууме
Сопротивление	Проводники имеют определенное сопротивление, которое зависит от их материала и размеров	В вакууме отсутствует сопротивление
Скорость	Скорость электрического тока в проводнике зависит от его сопротивления и напряжения	Скорость электрического тока в вакууме равна скорости света
Применение	Используется для передачи электроэнергии, создания электрических цепей и устройств	Используется в электронных вакуумных приборах, таких как вакуумные лампы и кинескопы

Заключение

В этой лекции мы рассмотрели основные понятия и свойства электрического тока. Мы определили электрический ток как движение заряженных частиц в проводнике и рассмотрели различные типы тока. Также мы изучили законы электрического тока и его свойства в вакууме. Электрический ток в вакууме имеет важное применение в различных технологиях и научных исследованиях. Понимание электрического тока является фундаментальным для изучения физики и его применения в реальном мире.

Электрический ток в вакууме: основные принципы и применение обновлено: 5 сентября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру

Тема лекции «электрический ток в вакууме».

Лекция содержит в себе краткое описание материала по теме электрический ток в вакууме. определение, что такое вакуум, вакуумный диод, электронно лучевая трубка.

Просмотр содержимого документа
«Тема лекции «электрический ток в вакууме».»

Электрический ток в вакууме

Вакуум — это состояние газа, при котором давление меньше атмосферного. Различают низкий, средний и высокий вакуум.

Для создания высокого вакуума необходимое разрежение, за которого в газе, что остался, средняя длина свободного пробега молекул больше размеров сосуда или расстояния между электродами в сосуде. Следовательно, если в сосуде создан вакуум, то молекулы в нем почти не сталкиваются между собой и пролетают свободно межэлектродный пространство. При этом они испытывают столкновения лишь с электродами или со стенками сосуда.

Чтобы в вакууме существовал ток, необходимо поместить в вакуум источник свободных электронов. Наибольшая концентрация свободных электронов в металлах. Но при комнатной температуре они не могут покинуть металл, потому что их в нем удерживают силы кулоновского притяжения положительных ионов. Для преодоления этих сил электрону, чтобы покинуть поверхность металла, необходимо затратить определенную энергию, которую называют работой выхода.

Если кинетическая энергия электрона превысит или будет равна работе выхода, то он покинет поверхность металла и станет свободным.

Процесс испускания электронов с поверхности металла называют эмиссией. В зависимости от того, как была передана электронам необходима энергия, различают несколько видов эмиссии. Один из них — термоелектронна эмиссия.

Ø Испускание электронов нагретыми телами называют термоелектронною эмиссией.

Явление термоэлектронной эмиссии приводит к тому, что нагретый металлический электрод непрерывно испускает электроны. Электроны образуют вокруг электрода электронное облако. Электрод при этом заряжается положительно, и под воздействием электрического поля заряженного облака электроны из облака частично возвращаются на электрод.

В равновесном состоянии число электронов, покинувших электрод за секунду, равно числу электронов, которые вернулись на электрод за это время.

2. Электрический ток в вакууме

Для существования тока необходимо выполнение двух условий: наличие свободных заряженных частиц и электрического поля. Для создания этих условий в баллон помещают два электрода (катод и анод) и выкачивают из баллона воздуха. В результате нагрева катода из него вылетают электроны. На катод подают отрицательный потенциал, а на анод — положительный.

Электрический ток в вакууме представляет собой направленный движение электронов, полученных в результате термоэлектронной эмиссии.

3. Вакуумный диод

Современный вакуумный диод состоит из стеклянного или металлокерамического баллона, из которого откачан воздух до давления 10-7 мм рт. ст. В баллон впаяны два электрода, один из которых — катод — имеет вид вертикального металлического цилиндра, изготовленного из вольфрама и покрытого обычно слоем оксидов щелочноземельных металлов.

Внутри катода расположен изолированный проводник, что его нагревает переменный ток. Нагретый катод испускает электроны, достигающие анода. Анод лампы представляет собой круглый или овальный цилиндр, имеющий общую ось с катодом.

Односторонняя проводимость вакуумного диода обусловлена тем, что вследствие нагревания электроны вылетают из горячего катода и движутся до холодного анода. Электроны могут двигаться через диод только от катода к аноду (то есть электрический ток может протекать только в обратном направлении: от анода к катоду).

На рисунке воспроизведен вольт-амперную характеристику вакуумного диода (отрицательное значение напряжения соответствует случаю, когда потенциал катода выше потенциала анода, то есть электрическое поле «пытается» вернуть электроны обратно на катод).

Вакуумные диоды используют для выпрямления переменного тока. Если поместить между катодом и анодом еще один электрод (сетку), то даже незначительное изменение напряжения между сеткой и катодом существенно влиять на анодный ток. Такая электронная лампа (триод) позволяет усиливать слабые электрические сигналы. Поэтому некоторое время эти лампы были основными элементами электронных устройств.

4. Электронно-лучевая трубка

Электрический ток в вакууме применяли в электронно-лучевой трубке (ЭЛТ), без которой долгое время нельзя было представить телевизор или осциллограф.

На рисунке упрощенно показана конструкция ЭЛТ.

Электронная «пушка» в горловине трубки — катод, который испускает интенсивный пучок электронов. Специальная система цилиндров с отверстиями (1) фокусирует этот пучок, делает его узким. Когда электроны попадают на экран (4), он начинает светиться. Управлять потоком электронов можно с помощью вертикальных (2) или горизонтальных (3) пластин.

Электронам в вакууме можно передать значительную энергию. Электронные пучки можно применять даже для плавки металлов в вакууме.