Обновлено: 18.05.2024

Катоды

Любой электровакуумный прибор имеет электрод, предназначенный для испускания (эмиссии) электронов. Этот электрод называется катодом. Электрод, предназначенный для приема эмиттированных катодом электронов, называется анодом.

На анод подают более высокий и положительный относительно катода потенциал.

Катод должен отдавать с единицы поверхности большой ток эмиссии при возможно низкой температуре нагрева и обладать большим сроком службы. Нагрев катода в электровакуумном приборе производится протекающим по нему током.

Такие термоэлектронные катоды разделяются на две основные группы:

• катоды прямого накала,
• катоды косвенного накала (подогревные).

Катоды прямого накала представляют собой металлическую нить, которая непосредственно разогревается током накала и служит для излучения электронов ( рис. 6, а ).

Для того чтобы нить накала оставалась при разогреве в натянутом состоянии, применяют либо пружинящие держатели катода, либо нить накала растягивают вольфрамовыми пружинами, укрепленными на изоляторах.

Рис. 6. Конструкции катодов: а — прямого накала; б — косвенного накала (подогревного): 1 — нить накала; 2 — держатели катода; 3 — гильза; 4 — активный слой.

Поверхность излучения катодов прямого накала невелика, поэтому от них нельзя получить большой ток эмиссии. Малая теплоемкость нити не позволяет использовать для нагрева переменный ток. Кроме того, при нагреве переменным током температура катода не постоянна во времени, а следовательно, меняется во времени и ток эмиссии.

Положительным свойством катода прямого накала является его экономичность, которая достигается благодаря малому количеству тепла, излучаемого в окружающую среду вследствие малой поверхности катода.

Катоды прямого накала изготовляются из вольфрамовой и никелевой проволоки. Однако большая работа выхода (W 0 = 4,2÷4,5 в) определяет высокую рабочую температуру катода, вследствие чего катод становится неэкономичным. Для повышения экономичности катода вольфрамовую или никелевую проволоку (керн) «активируют» — покрывают пленкой другого элемента. Такие катоды называются активированными.

Если на поверхность керна нанесена электроположительная пленка (пленка из цезия, тория или бария, имеющих меньшую работу выхода, чем материал керна), то происходит поляризация пленки: валентные электроны переходят в керн, и между положительно заряженной пленкой и керном возникает разность потенциалов, ускоряющая движение электрона при выходе его из керна. Работа выхода катода с такой мономолекулярной электроположительной пленкой оказывается меньше работы выхода электрона как из основного металла, так и из металла пленки. При покрытии керна электроотрицательной пленкой, например кислородом, работа выхода катода увеличивается.

Подогревные катоды выполняются в виде никелевых гильз, поверхность которых покрывается активным слоем металла, имеющим малую работу выхода ( рис. 6, б ). Внутри катода помещается подогреватель — вольфрамовая нить или спираль, подогрев которой может осуществляться как постоянным, так и переменным током.

Для изоляции подогревателя от гильзы внутренность последней покрывается алундом (Аl 2 O 3 ).

Подогревные катоды, благодаря их большой тепловой инерции, обычно питают переменным током, значительная поверхность гильзы обеспечивает большой эмиссионный ток. Подогревные катоды, однако, менее экономичны и разогреваются значительно дольше, чем катоды прямого накала.

Параметры и характеристики катодов

Катоды характеризуются следующими основными параметрами:

1. Удельной эмиссией , определяемой величиной тока с одного квадратного сантиметра эмиттирующей поверхности катода при нормальной рабочей температуре.

В электронных лампах с активированными катодами вместо удельной эмиссии часто пользуются параметром,называемым допустимой плотностью катодного тока. Этот параметр характеризуется током, который можно получить с одного квадратного сантиметра поверхности катода при нормальном (рабочем) напряжении накала. Работа при токах с катода, равных току эмиссии в этих лампах, приводит к разрушению поверхности слоя катода.

2. Эффективностью , равной величине тока эмиссии катода, приходящейся на одни ватт затраченной на накал мощности:

где I э — ток эмиссии катода, ма; P н — мощность, затраченная в цепи накала, вт.

3. Сроком службы катода, измеряемым в часах и характеризующим время, в течение которого катод сохраняет необходимые эксплуатационные свойства. Для простых катодов считается, что уменьшение диаметра катода на 10% приводит к его гибели. Соответственно оценивается и срок их службы.

Срок службы активированных катодов определяется уменьшением площади покрытия катода активной пленкой (а следовательно, ухудшением основных параметров лампы) на 20%.

Для выбора оптимального режима работы катода необходимо знать зависимость тока эмиссии катода от его температуры. Непосредственное измерение температуры накаленного катода затруднительно, поэтому пользуются так называемой накальной или эмиссионной характеристикой катода — графически выраженными зависимостями тока накала или тока эмиссии от напряжения или тока накала ( рис. 7, а ).

Эмиссионную характеристику катода можно снять экспериментально при помощи схемы, показанной на рис. 7, б .

Рис. 7. Эмиссионная и накальная характеристики катода (а) и схема для их снятия (б).

В схеме имеются две цепи: анодная и накальная. Контроль за напряжением накала производится вольтметром V1, непосредственно подключенным в катодную цепь; если необходимо знать ток накала, то в нее включают амперметр. При этом амперметр следует подсоединять к тому зажиму катода, через который проходят накальный и анодный токи в одном направлении: данный конец нити накала нагревается сильнее и работает в наиболее тяжелых тепловых условиях.

Величина тока накала определяется разностью показания амперметра и показания миллиамперметра, но уменьшенного вдвое (так как по этой части цепи проходит примерно половина анодного тока).

Поддерживая постоянным напряжение на аноде, снимают зависимость тока эмиссии от напряжения (или тока) накала. Эмиссионный ток появляется начиная с напряжения на катоде 1—1,5 в и резко возрастает при напряжениях накала, близких к нормальным (рабочим) значениям.

Характеристику I н = ƒ(U н ) (см. рис. 7, а ) следует снимать при разомкнутой анодной цепи. Накальная характеристика нелинейна, так как с повышением температуры катода его сопротивление увеличивается. При этом ток накала возрастает меньше, чем увеличивается напряжение накала.

Электрический ток в вакууме

Вакуум – состояние разреженного газа, при котором длина свободного пробега молекул λ больше размеров сосуда d, в котором находится газ.

Из определения вакуума следует, что между молекулами практически отсутствует взаимодействие, поэтому ионизация молекул произойти не может, следовательноно, свободных носителей заряда в вакууме получить нельзя, поэтому - электрический ток в нем невозможен;
Чтобы создать электрический ток в вакууме, нужно в него поместить источник свободных заряженных частиц. В вакуум помещают металлические электроды, подключенные к источнику тока. Один из них нагревают (он называется катодом), в результате чего происходит процесс ионизации, т.е. из вещества вылетают электроны, образуются положительные и отрицательные ионы. Действие такого источника заряженных частиц может быть основано на явлении термоэлектронной эмиссии.

Термоэлектронная эмиссия – это процесс испускания электронов с нагретого катода. Явление термоэлектронной эмиссии приводит к тому, что нагретый металлический электрод непрерывно испускает электроны. Электроны образуют вокруг электрода электронное облако. Электрод заряжается положительно, и под влиянием электрического поля заряженного облака, электроны из облака частично возвращаются на электрод. В равновесном состоянии число электронов, покинувших электрод в секунду, равно числу электронов, возвратившихся на электрод за это время. Чем выше температура металла, тем выше плотность электронного облака. Работа, которую должен совершить электрон, чтобы покинуть металл, получила название работы выхода А_вых.

1 эВ – это энергия, которую приобретает электрон, двигаясь в электрическом поле между точками с разностью потенциалов в 1 В.

1 эВ = 1,6*10 -19 Дж

Различие между температурами горячих и холодных электродов, впаянных в сосуд, из которого откачан воздух, приводит к односторонней проводимости электрического тока между ними.

При подключении электродов к источнику тока между ними возникает электрическое поле. Если положительный полюс источника тока соединен с холодным электродом (анодом), а отрицательный – с нагретым (катодом), то вектор напряженности электрического поля направлен к нагретому электроду. Под действием этого поля электроны частично покидают электронное облако и движутся к холодному электроду. Электрическая цепь замыкается, и в ней устанавливается электрический ток. При противоположной полярности включения источника, напряженность поля направлена от нагретого электрода к холодному. Электрическое поле отталкивает электроны облака назад к нагретому электроду. Цепь оказывается разомкнутой.

Устройство, которое обладает односторонней проводимостью электрического тока называется вакуумный диод. Состоит из электронной лампы (сосуда), из которой выкачан воздух и в котором находятся электроды, подключенные к источнику тока. Вольтамперная характеристика вакуумного диода. Подписать участки ВАХ пропускной режим диода и закрытый?? При малых напряжениях на аноде не все электроны, испускаемые катодом, достигают анода, и электрический ток небольшой. При больших напряжениях ток достигает насыщения, т.е. максимального значения. Вакуумный диод используется для выпрямления переменного электрического тока. В настоящее время вакуумные диоды практически не применяются.

Если в аноде электронной лампы сделать отверстие, то часть электронов, ускоренных электрическим полем, пролетит в это отверстие, образуя за анодом электронный пучок. Электронный пучок – это поток быстро летящих электронов в электронных лампах и газоразрядных устройствах.

Свойства электронных пучков:
- отклоняются в электрических полях;
- отклоняются в магнитных полях под действием силы Лоренца;
- при торможении пучка, попадающего на вещество возникает рентгеновское излучение;
- вызывает свечение (люминисценцию) некоторых твердых и жидких тел;
- нагревают вещество, попадая на него.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ ).
В ЭЛТ используются явления термоэлектронной эмиссии и свойства электронных пучков.

В электронной пушке электроны, испускаемые подогреваемым катодом, проходят через управляющий электрод-сетку и ускоряются анодами. Электронная пушка фокусирует электронный пучок в точку и изменяет яркость свечения на экране. Отклоняющие горизонтальные и вертикальные пластины позволяют перемещать электронный пучок на экране в любую точку экрана. Экран трубки покрыт люминофором, который начинает светиться при бомбардировке его электронами.

Существуют два вида трубок:
1) с электростатическим управлением электронного пучка (отклонение эл. пучка только лишь электрическим полем);
2) с электромагнитным управлением ( добавляются магнитные отклоняющие катушки ).
В электронно-лучевых трубках формируются узкие электронные пучки, управляемые электрическими и магнитными полями. Эти пучки используются в: кинескопах телевизоров, дисплеях ЭВМ, электронных осциллографах в измерительной технике.

Что такое термоэлектронная эмиссия? Мне нужно определение и кто открыл.. . :(

При повышении температуры металла увеличивается кинетическая энергия теплового движения электронов вблизи границы Ферми. Здесь она может стать настолько большой, что некоторые из электронов могут преодолевать задерживающий электрический потенциал на границе металла и выходить наружу. Если в окружающем вакууме существует электрическое поле,направленное к поверхности металла, то оно будет увлекать вышедшие электроны, и через вакуум потечёт электрический ток.Ток называется термоэлектронным, а явление - термоэлектронная эммисия. Оно было открыто Эдисоном (1847-1931) в 1883 году.

ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ, испускание электронов нагретой поверхностью. Еще до 1750 было известно, что вблизи нагретых твердых тел воздух теряет свое обычное свойство плохого проводника электричества. Однако причина этого явления оставалась неясной до 1880-х годов. В ряде опытов, проведенных в период 1882–1889, Ю. Эльстер и Г. Гейтель установили, что при пониженном давлении окружающего воздуха раскаленная добела металлическая поверхность приобретает положительный заряд. Об аналогичных наблюдениях упоминалось в патентной заявке Т. Эдисоном (1883); он ввел электрод в одну из своих первых ламп накаливания и обнаружил, что между ее нитью и электродом происходит перенос электрического заряда. Этот «эффект Эдисона» , как его иногда называют, лег в основу британского патента (1905) Дж. Флеминга на «прибор для преобразования переменного тока в постоянный» – первую электронную лампу, открывшую век электроники. То, что данное явление связано с испусканием электронов (отрицательно заряженных частиц) , продемонстрировал в 1890 Дж. Томсон.
Теорию термоэлектронной эмиссии разработал в 1902 О. Ричардсон; в более позднем ее варианте ток с единицы поверхности нагретого металла, находящейся при однородной абсолютной температуре Т, определяется формулой

где А – постоянный множитель, k – постоянная Больцмана, а W – работа выхода, характерная для данного металла, но зависящая от состояния его поверхности; она равна минимальной энергии, необходимой для удаления электрона с поверхности металла. В 1927 С. Дэшман вывел формулу Ричардсона на основе квантовой механики и установил, что множитель A имеет вид

где m и e – масса и заряд электрона, а h – постоянная Планка. На практике величина А может заметно отличаться от даваемой этой формулой, если не обеспечено строгое выполнение условий, при которых выведена последняя. Так, если испускающая электроны поверхность не идеально однородна, на ней будут «пятна» с температурой, превышающей среднюю. Эмиссия электронов из этих «пятен» более интенсивна, и полный ток может оказаться гораздо больше теоретического для идеального случая.

Эмиссия электронов остается незначительной, пока Т не достигнет значения W/k. Поэтому в целях снижения потерь тепла и расхода энергии большие усилия были направлены на создание поверхностей с возможно более низкой работой выхода. В современных электронных лампах почти всегда применяются оксидные катоды, в которых достигается оптимальный компромисс между низкой работой выхода, стоимостью, долговечностью и механической прочностью

ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ испускание электронов нагретыми твердыми телами или жидкостями (эмиттерами). Термоэлектронную эмиссию можно рассматривать как испарение электронов из эмиттера. В большинстве случаев термоэлектронная эмиссия наблюдается при температурах значительно выше комнатной. Используется в электровакуумных приборах (катоды) и термоэлектронных генераторах.
При нагревании металла скорости движения электронов, их кинетическая энергия и число электронов, покидающих поверхность металла, увеличиваются.
Используется главным образом в электровакуумных приборах.

История (ссылка в источнике):
Еще до 1750 было известно, что вблизи нагретых твердых тел воздух теряет свое обычное свойство плохого проводника электричества. Однако причина этого явления оставалась неясной до 1880-х годов. В ряде опытов, проведенных в период 1882–1889, Ю.Эльстер и Г.Гейтель установили, что при пониженном давлении окружающего воздуха раскаленная добела металлическая поверхность приобретает положительный заряд. Об аналогичных наблюдениях упоминалось в патентной заявке Т.Эдисоном (1883); он ввел электрод в одну из своих первых ламп накаливания и обнаружил, что между ее нитью и электродом происходит перенос электрического заряда. Этот «эффект Эдисона», как его иногда называют, лег в основу британского патента (1905) Дж.Флеминга на «прибор для преобразования переменного тока в постоянный» – первую электронную лампу, открывшую век электроники. То, что данное явление связано с испусканием электронов (отрицательно заряженных частиц), продемонстрировал в 1890 Дж.Томсон.
Теорию термоэлектронной эмиссии разработал в 1902 О.Ричардсон; в более позднем ее варианте ток с единицы поверхности нагретого металла, находящейся при однородной абсолютной температуре.

Основные виды эмиссии из твердого тела

Эмиссионная электроника изучает явления испускания (эмиссии) электронов и ионов, происходящие на границе твердого тела с вакуумом или с газом при различных воздействиях на поверхность эмиттера.

Электронная эмиссия – испускание электронов поверхностью конденсированной среды. (Конденсированное состояние вещества (конденсированное тело) – понятие, объединяющее твердые тела и жидкости в противоположности их газу. Атомные частицы (атомы, молекулы, ионы) в конденсированном теле связаны между собой. Средней энергией теплового движения частиц не хватает на самопроизвольный разрыв связи, поэтому конденсированное тело сохраняет свой объем). Жидким эмиттером может быть жидкий металл, например, ртуть.

Самопроизвольной эмиссии электронов из твердого тела препятствует наличие на границе потенциального барьера, обусловленного силами взаимодействия между электронами, вылетающими из вещества и оставшимися нескомпенсированными положительными зарядами ионов кристаллической решетки. Работа выхода составляет несколько электрон-вольт.

Электронная эмиссия возникает в случаях, когда часть электронов тела приобретает в результате внешнего воздействия энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера на его границе или, если внешнее электрическое поле делает барьер «прозрачным» для электронов.

Электронная эмиссия наблюдается при нагревании тел (термоэлектронная), при бомбардировке электронами (вторичная электронная), ионами (ионно-электронная) или электромагнитным излучением (фотоэлектронная).

Для исследования электронной эмиссии необходимо создать у поверхности тела (эмиттера) электрическое поле Е, ускоряющее электроны, для удаления электронов от поверхности эмиттера. Если это поле достаточно велико (Е 104 В/см), оно уменьшает высоту потенциального барьера на границе, в результате чего электронная эмиссии возрастает (эффект Шоттки). В очень сильных полях (Е 107 В/см) потенциальный барьер становится столь тонким, что возникает туннельное просачивание электронов сквозь него (электростатическая или автоэлектронная эмиссия). В очень сильных импульсных полях (Е 5*107 В/см) автоэлектронная эмиссия приводит к быстрому разрушению (взрыву) микроострий на поверхности эмиттера и к образованию плотной плазмы. Взаимодействие плазмы с поверхностью эмиттера вызывает резкое увеличение тока электронной эмиссии (взрывная электронная эмиссия).

Термоэлектронная эмиссия используется в электронных лампах – диодах, триодах, тетродах, пентодах, гептодах, гексодах, октодах, электронно-оптическом индикаторе настройки и электронно-лучевой трубке.

Для наблюдения термоэлектронной эмиссии удобна вакуумная лампа с двумя электродами, называемая вакуумным диодом. Если диод включить в электрическую цепь (рис. 1), то при холодном катоде ток через миллиамперметр не пойдет. При нагревании катода из вольфрама до 2200 0С вокруг него в вакууме возникает скопление электронов («электронное облачко»). Оно находится в динамическом равновесии. Новые электроны вылетают из нагретого катода, а ранее вылетевшие падают обратно. Это явление напоминает испарение жидкости в замкнутом сосуде.

На рис. 2 показана ВАХ диода. Из ВАХ видно, что анодный ток диода отличен от нуля даже при нулевом напряжении на аноде. Это объясняется тем, что некоторые электроны, покидающие нагретый катод, обладают энергией, достаточной для того, чтобы долететь до анода. Чтобы анодный ток диода стал равен нулю, требуется приложить между анодом и катодом небольшое отрицательное напряжение порядка 0,1 В. При увеличении положительного напряжения на аноде Ua, анодный ток Ia приблизительно определяется по «закону трех вторых» (формула Ленгмюра): Ia=gUa3/2, где постоянный коэффициент g зависит от геометрических размеров и формы электродов. Если повысить температуру катода, то испускание электронов усилится и новая ВАХ расположится выше первой. Увеличится при этом и ток насыщения IS. Расчеты показывают, что плотность тока насыщения JS определяется формулой Ричардсона-Дэшмана:

универсальная постоянная А=120 А/(см2К2) одинакова для всех металлов, W0 – работа выхода.

Для уменьшения работы выхода (понижения температуры) вольфрамовый катод покрывают одномолеклярным слоем активирующей примеси – торием. Это дает возможность получать заметную термоэлектронную эмиссию уже при температурах около 1000 0С. Активирующий многоатомный слой (Ba, Sr) выделяется из окислов при термической обработке катода. При этом сильно понижается работа выхода и увеличивается эмиссионная способность катода.

Катоды непосредственного (прямого) накала редко встречаются в аппаратуре, питаемой от сети переменного тока, потому как если нить прямого накала питать переменным током, то будут наблюдаться пульсации ее температуры, следовательно, и пульсации анодного тока, которые создают искажения полезного сигнала. Поэтому широко распространены катоды косвенного накала (подогревные). Обычно такой катод представляет собой никелевый цилиндрик с оксидным поверхностным слоем. Внутрь вставлен вольфрамовый подогреватель (нить накала). Для электрической изоляции от катода подогреватель покрывается керамической массой из оксида алюминия – алундом.

Явление испускания электронов твердыми телами при бомбардировке их пучком первичных электронов называется вторичной электронной эмиссией. Эта эмиссия применяется в ФЭУ. Отношение числа испущенных мишенью за некоторый интервал времени вторичных электронов к числу первичных электронов, упавших на мишень за тот же интервал, называют коэффициентом вторичной электронной эмиссии и обозначается через . Для чистых металлов = 0,5-1,8. При наличие активирующего покрытия (сплавы магния с серебром, алюминия с медью или бериллия с медью) величина достигает 10 и выше.

Явление испускания электронов твердым телом под действием энергии световых квантов называют внешним фотоэффектом или фотоэлектронной эмиссией. Фотоэлектрическая эмиссия характеризуется числом эмитированных электронов, приходящихся в среднем на один поглощенный фотон. Эту величину называют квантовым выходом фотоэффекта.

При бомбардировке твердого тела ионами с поверхности могут вылетать ионы – вторичная ионная эмиссия (или ионно-ионная) и электроны – ионно-электронная эмиссия.

Выбивание из бомбардируемой ионами или атомами мишени нейтральных частиц (атомов, молекул) принято называть катодным распылением.

Нагревание вещества и тепловое испарение его частиц обуславливает термоионную эмиссию. При этом испускаются только однократно заряженные ионы. Электрические поля напряженностью ~107 В/см у поверхности вызывают так называемую полевую ионную эмиссию. При этом образуются однозарядные и многозарядные положительные ионы.

Эмиссия электронов может возникать также в результате различных видов обработки поверхности твердого тела: механической и термической обработки, пластической деформации, окисления, адсорбции, воздействия ионизирующего излучения и др. Этот вид испускания электронов называют экзоэлектронной эмиссией, т.к. первоначально считалось, что ее механизм связан с энергией химических реакций, идущих с выделением тепла. Экзоэлектронную эмиссию можно наблюдать и при фазовых превращениях вещества – плавления и кристаллизации, а также с поверхности сегнетоэлектриков при их поляризации. Обычно источниками экзоэлектронов являются поверхностные уровни, уровни примесей, ловушки электронов, центры окраски. Распад таких возбужденных центров приводит к эмиссии электронов.

2.34. Движение заряженной частицы в статических полях. Уравнение параксиального луча.

Рассмотрим движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях в вакууме. Гравитационной силой можно пренебречь, так как она не много порядков меньше электрических и магнитных сил.

Действующая на частицу сила в электрическом поле Е и в магнитном поле В выражается формулой

Движение частицы под действием этой силы описывается классическим законом

утверждающим, что изменение импульса за единицу времени равно силе. В такой формулировке закон движения справедлив и для релятивистской области. При малых скоростях, когда m может быть отожествлена с массой покоя, это уравнение справедливо и другой форме:

Е и В в общем случае являются функциями координат и времени:

Понятно, что интегрирование уравнения движения возможно только тогда, когда Е и В известны. Задача упрощается, если Е и В не зависят от времени и их изменение в пространстве выражается простым законом.

Обратное влияние частиц на поле принципиально не учитывается.

Рассмотрим простейший случай – однородное электрическое поле; тогда можно получить описание простого, но весьма важного для практики типа движения. Поле, близкое к однородному, создается между двумя плоскими поверхностями большой протяженности (рис. 1). На частицу с зарядом q и массой m действует сила qE, так что уравнение движения имеет вид:

Направление и величина ускорения постоянны, так как, по нашему предположению, Е постоянно:

Для любого момента t скорость имеет вид:

Радиус-вектор частицы выражается в форме

В конечном итоге получим:

В последнем уравнении величина соответствует движению с постоянной скоростью ; первый член, напротив, характеризует равноускоренное движение в направлении поля. Возникающая в результате траектория движения представлена на рис. 2а и подобна известной из механики траектории движения тела, брошенного под углом к горизонту с некоторой начальной скоростью.

Выберем систему координат таким образом, чтобы направление поля совпадало с направлением отрицательной оси у (рис. 2б). Рассмотрим теперь 2 особых, практически важных случая. Сначала предположим, что частица стартует из центра системы координат с начальной скоростью, равной нулю. Это соответствует свободному падению.

Достигнув нижнего электрода, ускоренная частица сталкивается с ним, передавая ему свою кинетическую энергию, что приводит к нагреванию электрода. Конечную скорость легко получить:

Отсюда следует, что конечные скорости частиц с одинаковыми зарядами, но разными массами будут различны. Поэтому если пучок, состоящий из смеси ионов ускоряется, то отдельные компоненты пучка достигают электрода с различной скоростью и после прохождения через электрод ионы с разными массами разделяются на отдельные группы. Этот весьма простой принцип действия положен в основу одного из типов масс-спектрометров.

Рассмотрим теперь второй случай, когда начальная скорость перпендикулярна электрическому полю. В этом случае частица влетает в поле конденсатора с начальной скоростью v_вх перпендикулярной силовым линиям. Это соответствует случаю бросания тела параллельно линии горизонта. Это используется при построении электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) с электростатическими отклонениями.

Рассмотрим движение частицы в однородном магнитном поле. Для силы, действующей на частицу в однородном магнитном поле, можно написать:

которая показывает, что сила всегда направлена перпендикулярно к скорости. Это означает, что поле влияет лишь на направление, но не на величину скорости. Умножив написанное выше уравнение на , получим:

Рассмотрим частицу, начальная скорость которой перпендикулярна к магнитной индукции (рис. 3). В этом случае вектор скорости, так же как и вектор силы, лежит в плоскости, перпендикулярной к И, так что движение является плоским, причем действующая сила все время направлена перпендикулярно к скорости, а абсолютное значение скорости постоянно: . В этом случае движение является расномерным движением по окружности. Частица, таким образом, движется по круговой орбите. Ускорение тела, движущегося по окружности, выражается формулой v 2 /r. Тогда уравнение движения Ньютона запишется в виде: .

Теперь можно получить: .

Время оборота выражается формулой

Если частица приобрела скорость v, пролетая ускоряющее напряжение U, то

Следовательно, радиус зависит от удельного заряда q/m, т.е. от типа частицы. Таким образом, можно обеспечить разделение частиц с разными удельными зарядами. Это принцип действия простейшего масс-спектрометра.

При одновременном наложении электрического и магнитного полей оба поля действуют независимо друг от друга, так что можно получить самые различные результирующие движения и в соответствии с этим самые разнообразные возможности применения. В простейшем случае силы, действующие со стороны электрического и магнитного полей, взаимно компенсируются. Так получают прибор, создающий однородный по скорости пучок частиц (рис. 4). Такое устройство обеспечивает селекцию частиц с заданной скоростью.

Если электрическое и магнитные поля параллельны, то отклонения частицы, вызываемые этими полями, перпендикулярны друг другу.

Частицы, обладающие одинаковыми свойствами, т.е. одинаковым удельным зарядом, попадают в зависимости от их скорости в различные точки. Эти точки образуют параболу.

Каждому отдельному типу ионов соответствует своя парабола. Отличающиеся друг от друга ионы, имеющие различные скорости, разделяются в этом устройстве, а именно, ионы с одинаковым удельным зарядом и любым значением скорости попадают на отдельную ветвь параболы, вызывая почернение на фотопластинке.

Катод

Катод (от греч. κάθοδος — ход вниз; возвращение) — электрод некоторого прибора, присоединённый к отрицательному полюсу источника тока.

Содержание

Катод в электрохимии

В электрохимии катод — электрод, на котором происходят реакции восстановления. Например, при электролитическом рафинировании металлов (меди, никеля и пр.) на катоде осаждается очищенный металл.

Катод в вакуумных электронных приборах

В вакуумных электронных приборах катод — электрод, который является источником свободных электронов, обычно вследствие термоэлектронной эмиссии. В электронно-лучевых приборах катод входит в состав электронной пушки.

Катод у полупроводниковых приборов

Электрод полупроводникового прибора (диода, тиристора), подключённый к отрицательному полюсу источника тока, когда прибор открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют катодом, подключённый к положительному полюсу — анодом.

Знак анода и катода

В литературе встречается различное обозначение знака катода — «-» или «+», что определяется, в частности, особенностями рассматриваемых процессов.

В электрохимии принято считать, что катод — электрод, на котором происходит процесс восстановления, а анод — тот, где протекает процесс окисления [1] [2] . При работе электролизера (например, при рафинировании меди) внешний источник тока обеспечивает на одном из электродов избыток электронов (отрицательный заряд), здесь происходит восстановление металла, это катод. На другом электроде обеспечивается недостаток электронов и окисление металла, это анод.

В то же время при работе гальванического элемента (к примеру, медно-цинкового), избыток электронов (и отрицательный заряд) на одном из электродов обеспечивается не внешним источником тока, а собственно реакцией окисления металла (растворения цинка), то есть здесь отрицательным, если следовать приведённому определению, будет уже анод. Электроны, проходя через внешнюю цепь, расходуются на протекание реакции восстановления (меди), то есть катодом будет являться положительный электрод. Так, на приведённой иллюстрации изображён обозначенный знаком «+» катод гальванического элемента, на котором происходит восстановление меди.

В соответствии с таким толкованием, для аккумулятора знак анода и катода меняется в зависимости от направления протекания тока. [2] [3] [4] .

В электротехнике катод — отрицательный электрод, ток течет от анода к катоду, электроны, соответственно, наоборот.

См. также

Литература

Ссылки

• Дополнить статью (статья слишком короткая либо содержит лишь словарное определение).

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Катод" в других словарях:

КАТОД — (греч. kathodos спуск). Полюс гальванической пары, противоположный аноду. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КАТОД в гальванических элементах и вольтовом столбе отрицательный полюс, т. е. конец… … Словарь иностранных слов русского языка

катод — а, м. cathode f. <англ. cathode < гр. kathodos путь вниз, спуск. Электрод, соединенный с отрицательным полюсом источника тока (в противоположность аноду). БАС 1. В действии таких приборов, как гальваническая баттарея, полярности нет и быть… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

катод — [IEV number 151 13 03] катод Плоская заготовка, получаемая методом электролиза, предназначенная для переплава. [ГОСТ 25501 82] катод Отрицательный электрод рентгеновской трубки [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология… … Справочник технического переводчика

КАТОД — (от греч. kathodes ход вниз, возвращение; термин предложен англ. физиком М. Фарадеем в 1834), 1) отрицательный электрод электровакуумного или газоразрядного прибора, служащий источником эл нов, к рые обеспечивают проводимость межэлектродного пр… … Физическая энциклопедия

катод — эмиттер Словарь русских синонимов. катод сущ., кол во синонимов: 4 • термокатод (1) • … Словарь синонимов

КАТОД — КАТОД, электрод, соединенный с отрицательным полюсом батареи. Если в жидкость погрузить две металлические пластины, соединенные с полюсами батареи, то различие между катодом и анодом скажется в следующем: если пластины, из к рых сделаны электроды … Большая медицинская энциклопедия

катод — электровакуумного прибора; катод Электрод, основным назначением которого обычно является испускание электронов при электрическом разряде … Политехнический терминологический толковый словарь

КАТОД — (от греческого kathodos ход вниз, возвращение), электрод электронного либо электротехнического прибора или устройства (например, электровакуумного прибора, гальванического элемента, электролитической ванны), характеризующийся тем, что движение… … Современная энциклопедия

КАТОД — (от греч. kathodos ход вниз возвращение), в широком смысле электрод различных радио и электротехнических устройств или приборов (электронных ламп, гальванических элементов, электролитических ванн и т. д.), характеризующийся тем, что движение… … Большой Энциклопедический словарь

КАТОД — КАТОД, отрицательно заряженный ЭЛЕКТРОД в электролитическом элементе или ЭЛЕКТРОННОЙ ТРУБКЕ. В процессе ЭЛЕКТРОЛИЗА (где электрическая энергия используется для осуществления химических изменений) к нему притягиваются положительно заряженные ионы… … Научно-технический энциклопедический словарь

КАТОД — КАТОД, катода, муж. (греч. kathodos возвращение) (физ.). Отрицательный электрод; ант. анод. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

Читайте также:

  
• Утепление фасада профлистом по металлическому каркасу
  
• Антибактериальное покрытие для металла
  
• Самодельные окна из металла
  
• Герметик для металла морозостойкий водостойкий для автомобиля
  
• Соединение муфтой и контргайкой металлических труб