Электрический ток в различных средах. (Лекция 6)

1. Лекция 6

Электрический ток в
различных средах

2. Электрический ток в вакууме.

Ионно-электронная эмиссия
Электрический ток в вакууме – направленный поток заряженных
частиц, обычно – электронов.
Электронная эмиссия
–
+
-

3. Электрический ток в вакууме.

Вторичная электронная эмиссия
–
+
-

4. Электрический ток в вакууме.

Фотоэлектронная эмиссия
–
+
-

5. Электрический ток в вакууме.

Термоэлектронная эмиссия
–
+
-

6. Электрический ток в вакууме.

Автоэлектронная эмиссия
E
–
-
+

7. Виды эмиссии электронов

Виды эмиссии
Ионно-электронная
Вторичная электронная
Условия возникновения
Бомбардировка катода
положительными ионами
Бомбардировка катода электронами
Фотоэлектронная
Воздействие на катод
электромагнитным излучением
Термоэлектронная
Нагрев катода
Автоэлектронная
Большая напряжённость электрического
поля

8. Термоэлектронная эмиссия

j
Термоэлектронная эмиссия - испускание электронов
нагретыми телами (обычно металлами) в вакуум
или другую среду.
Работа выхода - минимальная энергия, которую надо
затратить для удаления электрона из твердого или
жидкого вещества в вакуум (в состояние с равной
нулю кинетической и потенциальной энергией).
Характерные значения работы выхода для металлов
Авых ~ 2-5 эВ (1 эВ = 1,6·10-19 Дж).
jнас
U
Зависимость плотности
термоэлектронного тока j от
напряжения между катодом и анодом

9. Плотность тока насыщения

jнас CT exp( Aвых / kT )
2
4 mek
А
6
C
1
,
2
10
3
2
2
h
м К
2
B
закон Ричардсона-Дешмана
Owen Willans
Richardson
1879 —1959
Saul
Dushman
1883 —1954

10. Электронные лампы

Диод с катодом
прямого накала
Диод с подогреваемым
катодом
Триод с подогреваемым
катодом

11. Электрический ток в газах

Электрический ток в газах представляет собой
направленное движение положительных ионов
к катоду, отрицательных ионов и электронов –
к аноду.
Процесс прохождения электрического тока в
ионизованных газах, возникновение и
поддержание ионизованного состояния под
действием электрического поля называется
электрическим разрядом.

12. Ионизация и рекомбинация

Ионизация–процесс образования положительных
и отрицательных ионов и свободных
электронов из нейтральных атомов и молекул.
Виды ионизации
Ударная ионизация
Термическая ионизация
Фотоионизация
Рекомбинация –процесс образования
нейтральных атомов и молекул из электронов
и ионов.

13. Процессы ионизации и рекомбинации в газах

ионизатор
_

14. Газовый разряд

Процесс прохождения электрического тока в
ионизованных газах, возникновение и
поддержание ионизованного состояния под
действием электрического поля называется
электрическим разрядом.
ионизатор
А
К

15. Виды газового разряда

• Несамостоятельный разряд прекращается после действия
ионизатора.
• Самостоятельный разряд не нуждается для своего поддержания
во внешнем ионизаторе.
Типы самостоятельного разряда
Тип разряда
Давление
Факторы, поддерживающие
разряд
Тлеющий
< 100-250 Па
Ионизация электронным ударом, вторичная
эмиссия электронов с катода
Коронный
атмосферное
Ионизация электронным ударом при высокой
напряженности электрического поля
(> 3∙106 В/м)
Искровой
атмосферное
Ионизация электронным ударом при высокой
напряженности электрического поля (> 3∙106
В/м), ионизация газа излучением искры
Дуговой
атмосферное
Термоэлектронная эмиссия

16. Молния

17. Плазма

• Плазма – полностью или частично ионизованный газ, в
котором плотности положительных и
отрицательных зарядов практически одинаковы.
Степень ионизации
Классификация
плазмы.
По степени ионизации:
По температуре:
Nq
N
Слабо ионизованная
(α ~ долей %).
Частично ионизованная
(α ~ 1%).
Сильно ионизованная (α
~ 100%).
Низкотемпературная (Тi
< 105 К)
Высокотемпературная
(Тi~ 106 -108 К)

18. Рекомбинация

• Число ионов, рекомбинирующих в
единицу времени в единице объёма
газа:
n
2
r n
t
r – коэффициент рекомбинации
n – концентрация ионов

19. Электрический ток в жидкостях

• Электролиз (от греч. elektron – янтарь и греч.
lysis — разложение, растворение, распад),
совокупность процессов электрохимического
окисления-восстановления на погруженных в
электролит электродах при прохождении
через него электрического тока.
• Электролиты – жидкие или твёрдые
вещества и системы, в которых
присутствуют в сколько-нибудь заметной
концентрации ионы, обусловливающие
прохождение электрического тока.

20. Электрический ток в жидкостях

Электролитическая диссоциация
-
+
+
-
+
_
-
-
+
-
+
+
-
Электролиты обладают ионной проводимостью.

21. Электролиз

V
+
–
A
_
_
E
_

22. Законы электролиза

m m иона N ионов
m иона
NA
N ионов
qиона e z
m kIt
q
qиона
m kIt
F eN A
q It
k
ezN A
1
k
F z

23. Закон Ома для электролитов

I
Ep –ЭДС
поляризации
электродов
Ep
U

24.

25. Коррозия

26.

Электрический ток в
диэлектриках
Проводимость ионных
кристаллов

27. Проводимость ковалентных кристаллов

28. Проводники, полупроводники, изоляторы

Тип вещества
Удельное
сопротивление,
Ом·м
Удельная
электропроводность,
См/м
Проводник
<10-6
>106
Полупроводник
10-6 - 106
Изолятор
>106
-6
10 -
6
10
<10-6

29. Примесная проводимость полупроводников

30. P-n переход

31. Полупроводниковый диод

32. Температурная зависимость электросопротивления

• Температу́рный коэффицие́нт электри́ческого
сопротивле́ния - величина, равная
относительному изменению электрического
сопротивления участка электрической цепи или
удельного сопротивления вещества при изменении
температуры на единицу.
R R0 (1 T )
• Температурный коэффициент сопротивления
характеризует зависимость электрического
сопротивления от температуры и измеряется в
кельвинах в минус первой степени (K−1).

33.

R R0 (1 T )
l
R
S
0 (1 T )

34. Температурная зависимость электросопротивления

1/
2m v теплового движения
ne
v теплового движения
2
8 RT

35. Температурная зависимость удельного сопротивления металлов

36. Температурная зависимость сопротивления электролитов

37.

Температурная зависимость
удельной электропроводности
диэлектриков
ne
2m v
2
n ~ exp( Wa / kT )
C exp( Wa / kT )
Wa – энергия активации носителей зарядов
Wa > 2 эВ – изолятор
Wa < 2 эВ – полупроводник

38. Температурная зависимость удельного сопротивления диэлектриков

39. Температурная зависимость удельной электропроводности легированных полупроводников

40. Температурная зависимость электросопротивления

• Для большинства металлов температурный коэффициент
сопротивления положителен: их сопротивление растёт с ростом
температуры вследствие рассеяния электронов на фононах
(тепловых колебаниях кристаллической решётки).
• Для диэлектриков он отрицателен.
• Качественно такой же характер имеет температурная
зависимость сопротивления твёрдых и неполярных жидких
электролитов. Полярные жидкости уменьшают своё удельное
сопротивление с ростом температуры более резко вследствие
роста степени диссоциации и уменьшения вязкости.
• Температурная зависимость сопротивления металлических
сплавов, газов и легированных полупроводников носит
более сложный характер.
• Существуют сплавы (константан, манганин), имеющие очень
малый температурный коэффициент сопротивления, то есть их
сопротивление очень слабо зависит от температуры. Эти сплавы
применяются в электроизмерительной аппаратуре.