Б. О термоэлектронной эмиссии

Для наблюдения термоэлектронной эмиссии может служить вакуумная лампа, содержащая два электрода: один, в виде проволоки из тугоплавкого материала (вольфрам, молибден и др.), раскаляемый током (катод), и другой, холодный электрод, собирающий термоэлектроны (анод). Подобные лампы широко применяются в радиотехнике для выпрямления переменных токов (так называемые вакуумные диоды).

Если составить электрическую цепь, содержащую вакуумный диод, источник напряжения и миллиамперметр (рис. 1), то при холодном катоде ток в цепи не возникнет, так как сильно разреженный газ внутри диода (вакуум) не содержит заряженных частиц, и поэтому электропроводимость диода практически равна нулю. Если же раскалить катод диода при помощи дополнительного источника тока до высокой температуры, то миллиамперметр обнаруживает появление тока.

Сила термоэлектронного тока в диоде зависит от величины потенциала анода относительно катода. Эта зависимость носит название закона Богуславского – Лэнгмюра или ''закона 3/2” и имеет вид:

, (2)

где c – зависит от формы и размеров электродов.

Кривая, изображающая зависимость силы тока от анодного напряжения (вольт-амперная характеристика), изображена на рис. 2 (кривая 1-2-3). Видно, что вольт-амперная характеристика электронной лампы нелинейная. Это обусловлено тем, что при наличии термоэлектронной эмиссии в пространстве между катодом и анодом в любой момент времени находятся электроны, движущиеся от катода к аноду, которые образуют облако отрицательного заряда (пространственный заряд). Этот заряд изменяет распределение потенциала в диоде. Вместо линейного распределения (линия 1, рис. 3) оно становится нелинейным (кривая 2, рис. 3), и скорости электронов уменьшаются.

Однако с увеличением анодного напряжения концентрация электронов в облаке пространственного заряда уменьшается. Поэтому и тормозящее действие пространственного заряда делается меньше и анодный ток увеличивается.

Когда потенциал анода становится настолько большим, что все электроны, испускаемые катодом за каждую единицу времени, попадают на анод, ток достигает своего максимального значения и перестаёт зависеть от анодного напряжения. Плотность тока насыщения j_s, т.е. сила тока насыщения на каждую единицу поверхности катода, характеризует эмиссионную способность катода, которая зависит от природы катода и его температуры.