Sumber elektron, jenis radiasi elektron, penyebab ionisasi

Untuk memahami dan menjelaskan prinsip pengoperasian perangkat elektronik, perlu dijawab pertanyaan berikut: bagaimana elektron dipisahkan? Kami akan menjawabnya di artikel ini.

Menurut teori modern, atom terdiri dari nukleus, yang bermuatan positif dan memusatkan hampir seluruh massa atom, dan elektron bermuatan negatif yang terletak di sekitar nukleus. Atom secara keseluruhan netral secara listrik, oleh karena itu, muatan inti harus sama dengan muatan elektron di sekitarnya.

Karena semua bahan kimia terbuat dari molekul, dan molekul terbuat dari atom, zat apa pun dalam keadaan padat, cair, atau gas merupakan sumber potensial elektron. Faktanya, ketiga keadaan agregat materi digunakan dalam perangkat teknis sebagai sumber elektron.

Sumber elektron yang sangat penting adalah logam, yang biasanya digunakan untuk tujuan ini dalam bentuk kabel atau pita.

Timbul pertanyaan: jika filamen seperti itu mengandung elektron dan jika elektron ini relatif bebas, yaitu, mereka dapat bergerak lebih atau kurang bebas di dalam logam (bahwa memang demikian, kami yakin bahwa bahkan perbedaan potensial yang sangat kecil, diterapkan pada kedua ujung utas semacam itu mengarahkan aliran elektron di sepanjang itu), lalu mengapa elektron tidak terbang keluar dari logam dan dalam kondisi normal tidak membentuk sumber elektron? Jawaban sederhana untuk pertanyaan ini dapat diberikan berdasarkan teori elektrostatik dasar.

Misalkan elektron meninggalkan logam. Maka logam tersebut harus memperoleh muatan positif. Karena muatan dari tanda yang berlawanan menarik satu sama lain, elektron akan tertarik lagi ke logam kecuali beberapa pengaruh eksternal mencegah hal ini.

Ada beberapa cara elektron dalam logam dapat diberikan energi yang cukup untuk meninggalkan logam:

1. Radiasi termionik

Radiasi termionik adalah emisi elektron dari benda pijar. Radiasi termionik telah dipelajari dalam padatan dan terutama pada logam dan semikonduktor sehubungan dengan penggunaannya sebagai bahan untuk katoda termionik perangkat elektronik dan konverter panas ke listrik.

Fenomena hilangnya listrik negatif dari benda saat dipanaskan hingga suhu di atas panas putih telah diketahui sejak akhir abad ke-18. V. V. Petrov (1812), Thomas Edison (1889) dan lainnya menetapkan sejumlah hukum kualitatif dari fenomena ini. Pada tahun 1930-an, hubungan analitik utama antara jumlah elektron yang dipancarkan, suhu tubuh, dan fungsi kerja ditentukan.

Arus yang mengalir melalui filamen ketika tegangan diterapkan ke ujungnya memanaskan filamen. Ketika suhu logam cukup tinggi, elektron akan meninggalkan permukaan logam dan lepas ke ruang sekitarnya.

Logam yang digunakan dengan cara ini disebut katoda termionik, dan pelepasan elektron dengan cara ini disebut radiasi termionik. Proses yang menyebabkan radiasi termionik mirip dengan proses penguapan molekul dari permukaan cairan.

Dalam kedua kasus, beberapa pekerjaan harus dilakukan.Dalam kasus cairan, pekerjaan ini adalah panas laten penguapan, sama dengan energi yang dibutuhkan untuk mengubah satu gram zat dari cair menjadi gas.

Dalam kasus radiasi termionik, yang disebut fungsi kerja adalah energi minimum yang diperlukan untuk menguapkan satu elektron dari logam. Penguat vakum yang sebelumnya digunakan dalam rekayasa radio biasanya memiliki katoda termionik.

2. Foto emisi

Aksi cahaya pada permukaan berbagai bahan juga menghasilkan pelepasan elektron. Energi cahaya digunakan untuk menyediakan elektron zat dengan energi ekstra yang diperlukan sehingga mereka dapat meninggalkan logam.

Bahan yang digunakan sebagai sumber elektron dalam metode ini disebut katoda fotovoltaik, dan proses pelepasan elektron dikenal dengan emisi fotovoltaik atau fotoelektron… Cara melepaskan elektron ini adalah dasar dari mata listrik— fotosel.

3. Emisi sekunder

Ketika partikel (elektron atau ion positif) menumbuk permukaan logam, sebagian dari energi kinetik partikel ini atau semua energi kinetiknya dapat ditransfer ke satu atau lebih elektron logam, akibatnya mereka memperoleh energi yang cukup untuk meninggalkan logam. Proses ini disebut emisi elektron sekunder.

4. Emisi autoelektronik

Jika medan listrik yang sangat kuat ada di dekat permukaan logam, ia dapat menarik elektron menjauh dari logam. Fenomena ini disebut emisi medan atau emisi dingin.

Merkuri adalah satu-satunya logam yang banyak digunakan sebagai katoda emisi medan (pada penyearah merkuri lama). Katoda merkuri memungkinkan kerapatan arus yang sangat tinggi dan memungkinkan desain penyearah hingga 3000 kW.

Elektron juga dapat dilepaskan dari zat gas dalam beberapa cara. Proses dimana atom kehilangan elektron disebut ionisasi.… Sebuah atom yang telah kehilangan elektron disebut ion positif.

Proses ionisasi dapat terjadi karena alasan berikut:

1. Pengeboman elektronik

Elektron bebas dalam lampu berisi gas, karena medan listrik, dapat memperoleh energi yang cukup untuk mengionisasi molekul gas atau atom. Proses ini dapat bersifat longsoran salju, karena setelah elektron terlepas dari atom, kedua elektron di masa depan, ketika bertabrakan dengan partikel gas, dapat melepaskan elektron baru.

Elektron primer dapat dilepaskan dari padatan dengan salah satu metode yang dibahas di atas, dan peran padatan dapat dimainkan baik oleh cangkang tempat gas tertutup, dan oleh salah satu elektroda yang terletak di dalam lampu.Elektron primer juga dapat dihasilkan oleh radiasi fotovoltaik.

2. Ionisasi fotolistrik

Jika gas terkena radiasi yang terlihat atau tidak terlihat, maka energi radiasi tersebut mungkin cukup (bila diserap oleh atom) untuk melepaskan beberapa elektron. Mekanisme ini memainkan peran penting dalam jenis pelepasan gas tertentu. Selain itu, efek fotolistrik dapat terjadi pada gas karena emisi partikel tereksitasi dari gas itu sendiri.

3. Pengeboman ion positif

Ion positif yang menumbuk molekul gas netral dapat melepaskan elektron, seperti dalam kasus penembakan elektron.

4. Ionisasi termal

Jika suhu gas cukup tinggi, maka beberapa elektron penyusun molekulnya dapat memperoleh energi yang cukup untuk meninggalkan atom tempatnya berada. Fenomena ini mirip dengan radiasi termoelektrik dari logam Jenis emisi ini hanya berperan dalam kasus busur yang kuat pada tekanan tinggi.

Peran paling signifikan dimainkan oleh ionisasi gas akibat pemboman elektron. Ionisasi fotolistrik penting dalam beberapa jenis pelepasan gas. Proses yang tersisa kurang penting.

Sampai baru-baru ini, perangkat vakum dari berbagai desain digunakan di mana-mana: dalam teknologi komunikasi (terutama komunikasi radio), dalam radar, dalam energi, dalam pembuatan instrumen, dll.

Penggunaan alat elektrovakum dalam bidang energi terdiri dari mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah (rektifikasi), mengubah arus searah menjadi arus bolak-balik (pembalik), mengubah frekuensi, mengatur kecepatan motor listrik, mengendalikan tegangan arus bolak-balik secara otomatis dan generator arus searah, menghidupkan dan mematikan daya yang signifikan dalam pengelasan listrik, kontrol pencahayaan.

Tabung Elektron — Sejarah, Prinsip Operasi, Desain dan Aplikasi

Penggunaan interaksi radiasi dengan elektron menyebabkan terciptanya fotosel dan sumber cahaya pelepasan gas: lampu neon, merkuri, dan fluoresen. Kontrol elektronik sangat penting dalam skema pencahayaan teater dan industri.

Saat ini, semua proses tersebut menggunakan perangkat elektronik semikonduktor dan digunakan untuk penerangan teknologi LED.