Arus listrik dalam ruang hampa

Dalam pengertian teknis, ruang angkasa disebut ruang hampa, jumlah materi yang, dibandingkan dengan media gas biasa, tidak signifikan. Tekanan vakum setidaknya dua kali lipat lebih rendah dari tekanan atmosfer; dalam kondisi seperti itu, praktis tidak ada pembawa muatan gratis di dalamnya.

Tapi seperti yang kita tahu sengatan listrik disebut gerakan teratur partikel bermuatan di bawah aksi medan listrik, sedangkan dalam ruang hampa, menurut definisi, tidak ada jumlah partikel bermuatan yang cukup untuk membentuk arus yang stabil. Ini berarti bahwa untuk menciptakan arus dalam ruang hampa, perlu menambahkan partikel bermuatan ke dalamnya.

Pada tahun 1879, Thomas Edison menemukan fenomena radiasi termionik, yang saat ini merupakan salah satu cara yang terbukti untuk memperoleh elektron bebas dalam ruang hampa dengan memanaskan katoda logam (elektroda negatif) sedemikian rupa sehingga elektron mulai terbang keluar darinya. Fenomena ini digunakan di banyak perangkat elektronik vakum, khususnya tabung vakum.

Mari tempatkan dua elektroda logam dalam ruang hampa dan sambungkan ke sumber tegangan DC, lalu mulailah memanaskan elektroda negatif (katoda). Dalam hal ini, energi kinetik elektron di dalam katoda akan meningkat. Jika energi elektron tambahan yang diperoleh dengan cara ini ternyata cukup untuk mengatasi penghalang potensial (untuk melakukan fungsi kerja logam katoda), maka elektron tersebut akan dapat keluar ke ruang antara elektroda.

Karena ada di antara elektroda Medan listrik (dibuat oleh sumber di atas), elektron yang memasuki medan ini harus mulai berakselerasi ke arah anoda (elektroda positif), yaitu secara teoritis arus listrik akan terjadi dalam ruang hampa.

Tetapi ini tidak selalu memungkinkan, dan hanya jika berkas elektron mampu mengatasi lubang potensial di permukaan katoda, yang keberadaannya disebabkan oleh munculnya muatan ruang di dekat katoda (awan elektron).

Untuk beberapa elektron, tegangan antara elektroda akan terlalu rendah dibandingkan dengan energi kinetik rata-ratanya, ini tidak akan cukup untuk keluar dari sumur dan mereka akan kembali, dan untuk beberapa elektron akan cukup tinggi untuk menenangkan elektron - dan seterusnya. dan mulai dipercepat oleh medan listrik. Dengan demikian, semakin tinggi tegangan yang diterapkan pada elektroda, semakin banyak elektron yang meninggalkan katoda dan menjadi pembawa arus dalam ruang hampa.

Jadi, semakin tinggi tegangan antar elektroda yang terletak di ruang hampa, semakin kecil kedalaman sumur potensial di dekat katoda.Akibatnya, ternyata kerapatan arus dalam ruang hampa selama radiasi termionik terkait dengan tegangan anoda dengan hubungan yang disebut hukum Langmuir (untuk menghormati fisikawan Amerika Irving Langmuir) atau hukum ketiga:

Tidak seperti hukum Ohm, di sini hubungannya tidak linier. Juga, ketika perbedaan potensial antara elektroda meningkat, kerapatan arus vakum akan meningkat hingga terjadi kejenuhan, suatu kondisi di mana semua elektron dari awan elektron di katoda mencapai anoda. Peningkatan lebih lanjut perbedaan potensial antara elektroda tidak akan menghasilkan peningkatan arus. R

Bahan katoda yang berbeda memiliki emisivitas yang berbeda, dicirikan oleh arus saturasi Kerapatan arus saturasi dapat ditentukan dengan rumus Richardson-Deshman, yang menghubungkan kerapatan arus dengan parameter bahan katoda:

Di Sini:

Rumus ini diturunkan oleh para ilmuwan berdasarkan statistik kuantum.