Термоэлектронная эмиссия. Электровакуумные приборы - ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Цель: сформировать понятие термоэлектронной эмиссии; показать ее практическое применение.

Ход урока

I. Повторение изученного

1. Какие вещества называют полупроводниковыми?

2. Что такое «дырки»?

3. Какие носители тока обеспечивают собственную проводимость полупроводников?

4. Какую примесь называют донорной?

5. Какую примесь называют акцепторной?

6. Что такое электронно-дырочный переход?

7. Опишите процесс создания запирающего слоя.

8. Что такое полупроводниковый диод?

9. Опишите устройство и принцип действия простейшего усилителя.

II. Самостоятельная работа

Вариант I

1. Почему с повышением температуры полупроводников их сопротивляемость уменьшается?

A. Уменьшается концентрация свободных носителей зарядов.

Б. Увеличивается концентрация свободных носителей зарядов.

B. Увеличивается скорость электронов.

2. В четырехвалентный кремний в качестве примеси вводят трехвалентный индий. Каким будет основной ток в кремнии?

A. Электронный.

Б. Дырочный.

B. Электронно-дырочный.

3. При равных температурах двух различных полупроводников концентрации проводимости электронов различные: n₁ > n₂. В каком из этих полупроводников энергия, необходимая для образования свободных электронов, больше?

A. В первом полупроводнике.

Б. Во втором полупроводнике.

B. Энергии равны.

4. В каком полупроводнике проводимость больше: в однородном кристалле кремния или кристалле кремния, где часть атомов заменена атомами индия. (Валентность S_i = I_n = s)

A. Равны.

Б. Больше S_i.

B. Больше в примесном полупроводнике.

5. Чистый полупроводник поместили в электронное поле, при этом в половине 1 собрались электроны в половине 2 - дырки. Затем полупроводник разделили точно пополам. Какая часть тяжелее?

A. 1.

Б. 2.

B. Одинаковы по весу.

6. Как меняется сопротивление примесных полупроводников при увеличении температуры?

A. Увеличивается.

Б. Уменьшается.

B. Не меняется.

Вариант II

1. Будет ли кремний сверхпроводящим, если его охладить до температуры, близкой к абсолютному нулю?

A. Нет.

Б. Да.

B. Да, если охладить в магнитном поле.

2. В четырехвалентный германий в качестве примеси вводят пятивалентный мышьяк. Каким будет основной ток в германии?

A. Электронный.

Б. Дырочный.

B. Электронно-дырочный.

3. Энергии, необходимые для образования электронов проводимости в германии и кремнии, равны соответственно 1,12 · 10^-19 Дж и 1,76 · 10^-19. В каком из этих полупроводников при данной температуре будет больше концентрация свободных электронов проводимости?

A. В германии.

Б. В кремнии.

B. Равны.

4. В каком полупроводнике проводимость больше: в кристалле кремния или в кристалле кремния, где часть атомов заменена атомами мышьяка? (Валентность S_i = 4; AS = 5)

A. Равны.

Б. Больше в S_i.

B. Больше там, где проведена замена.

5. Проводник с акцепторной проводимостью поместили в электрическое поле. При этом основные носители (дырки) собрались на половине 2. Затем полупроводник разделили точно пополам. Какая часть тяжелее?

A. 1.

Б. 2.

B. Одинаковы по весу.

6. Что происходит при слиянии электронов и дырок?

A. Образуется нейтральный атом.

Б. Образуется отрицательный ион, энергия выделяется.

B. Образуется нейтральный атом, энергия выделяется.

Ответы:

I вариант: 1. Б, 2. Б, 3. Б, 4. В, 5. А, 6. Б.

II вариант: 1. А, 2. А, 3. А, 4. В, 5. А, 6. В.

III. Изучение нового материала

Если два электрода поместить в герметичный сосуд и удалить из сосуда воздух, то ток в вакууме не возникнет. В вакууме нет заряженных частиц, они есть в электродах, но они не могут выйти в вакуум, т. к. их удерживают силы кулоновского притяжения друг к другу. Для освобождения электрона с поверхности твердого тела нужно совершить работу против сил электростатического притяжения.

Такая работа называется работой выхода. Т. А. Эдисон обнаружил, что ток может возникнуть, если один из находящихся электродов нагреть до высокой температуры. Явление испускания свободных электронов с поверхности нагретого тела называется термоэлектронной эмиссией. Это явление объясняется тем, что при повышении температуры тела увеличивается кинетическая энергия некоторой части электронов в веществе. Если эта энергия превысит работу выхода, то он может преодолеть силы притяжения и выйти с поверхности тела в вакуум. На этом явлении основана работа электронных ламп.

Простейшей электронной лампой является диод. Он состоит из вакуумного баллона (стеклянного или керамического), двух электродов - анода и катода. Катод - проволочная спираль с двумя выводами для подключения к источнику тока. Второй электрод - анод - металлический диск или цилиндр.

При подключении к источнику тока катод нагревается, и с его поверхности испускаются электроны. Если нет электрического поля, часть электронов достигает анода. Если поле электрическое есть между электродами, то в цепи течет ток.

Через диод ток может протекать только тогда, когда нить накала является катодом. Поэтому он используется при превращении переменного тока в постоянный.

IV. Закрепление изученного

1. Можно создать электрический ток в вакууме?

2. Что препятствует выходу электронов с поверхности тела?

3. Что называется работой выхода?

4. Какими заряженными частицами может создаваться электрический ток в вакууме?

5. Как устроен вакуумный диод?

6. Для чего применяют вакуумный триод?

7. Как устроена электронно-лучевая трубка?

Домашнее задание

П. 120, 121.