Sərbəst iş N°7 FƏNN: Fizikanın Əsasları MÖvzu

AZƏRBAYCAN HAVA YOLLARI” QSC

MİLLİ AVİASİYA AKADEMİYASI



Sərbəst iş N°7

FƏNN: Fizikanın Əsasları

MÖVZU: Emissiya hadisələri.Vakkumda Cərəyan

FAKÜLTƏ: Fizika Texnalogya

QRUP: 2531a

TƏLƏBƏ: Şəfizadə Əkbər

MÜƏLLİM: Fərəcova Ülviyye Fazil

Elektrik cərəyanı yalnız metallarda deyil, vakuumda da, məsələn, radio borularında, katot-şüa borularında əmələ gələ bilər. Vakumdakı cərəyanın təbiətini öyrənək.

Metallarda çox sayda sərbəst, təsadüfi hərəkət edən elektron var. Elektron metalın səthinə yaxınlaşdıqda, müsbət ionlar tərəfdən ona təsir göstərən və içəriyə yönəldilən cəlbedici qüvvələr elektronun metaldan qaçmasına mane olur. Vakum içində bir metaldan bir elektron çıxarmaq üçün edilməli olan işə deyilir iş çıxışı. Fərqli metallara görə fərqlidir. Beləliklə, volfram üçün buna bərabərdir 7.2 * 10 -19 J. Elektronun enerjisi iş funksiyasından azdırsa, metaldan çıxa bilməz. Otaq temperaturunda belə enerjisi iş funksiyasından çox olmayan çox sayda elektron var. Metaldan ayrılaraq ondan qısa bir məsafədə uzaqlaşırlar və ionların cəlbedici qüvvələrinin təsiri altında metala qayıdırlar, nəticədə səthin yaxınlığında dinamik tarazlıqda olan nazik bir çıxan və geri dönən elektron təbəqəsi əmələ gəlir. Elektronların itkisinə görə metal səth müsbət yüklənir.Elektronun metaldan ayrılması üçün, elektron təbəqəsinin elektrik sahəsinin itələyici qüvvələrinə və metalın müsbət yüklənmiş səthinin elektrik sahəsinin qüvvələrinə qarşı iş görməlidir. Otaq temperaturunda, yüklənmiş cüt təbəqəni tərk edə biləcək elektron demək olar ki, yoxdur.Elektronların ikiqat təbəqədən uça bilməsi üçün iş funksiyasından daha yüksək bir enerjiyə sahib olmaları lazımdır. Bunun üçün enerji, xaricdən elektronlara, məsələn, istilik yolu ilə verilir. Qızdırılmış bir cisim tərəfindən elektronların emissiyasına termion emissiya deyilir. Metalda sərbəst elektronların olmasının dəlillərindən biridir.Belə bir təcrübədə termion emissiya fenomeni müşahidə edilə bilər. Elektrometrini müsbət bir şəkildə doldurduqdan (elektriklənmiş bir şüşə çubuqdan), onu bir göstərici ilə nümayiş vakuum borusunun A elektroduna bağlayırıq (şəkil 85, b). Elektrometr boşalmır. Devreyi bağladıqdan sonra K ipini qızdırırıq, elektrometrin iynəsinin aşağı düşdüyünü görürük - elektrometr boşaldıldı. Qızdırılan filamanın buraxdığı elektronlar müsbət yüklü elektrod A tərəfindən çəkilir və yükünü neytrallaşdırır. Elektrik sahəsinin təsiri altında filamentdən A elektroduna termoelektronların axını vakuumda elektrik cərəyanı meydana gətirdi.Elektrometr mənfi yüklənərsə, belə bir təcrübədə boşalmaz. Filamentdən qaçan elektronlar artıq elektrod A tərəfindən çəkilmir, əksinə ondan dəf olunur və yenidən sapa qayıdırlar.

Elektrik dövrəsini yığaq (şəkil 86). Filament K qızdırılmadığı zaman, A ilə elektrod arasındakı dövrə açıqdır - qalvanometr iynəsi sıfırdadır. Onun dövrəsində bir cərəyan yoxdur. Açarı bağladıqdan sonra filamenti qızdırırıq. Qalvanometr dövrəsindən bir cərəyan keçdi, çünki termionik elektronlar filament və elektrod A arasındakı dövrəni bağladı və bununla da vakumda elektrik cərəyanı meydana gətirdi. Vakumdakı elektrik cərəyanı bir elektrik sahəsinin təsiri altında yönəldilmiş bir elektron axınıdır. Vakumda cərəyan əmələ gətirən elektronların yönəldilmiş hərəkət sürəti metallarda cərəyan əmələ gətirən elektronların yönəldilmiş hərəkət sürətindən milyardlarla dəfə çoxdur. Beləliklə, radio qəbuledicisinin lampalarının anodundakı elektron axınının sürəti saniyədə bir neçə min kilometrə çatır.Elektrik cərəyanının vakumda yayılma mexanizmi barədə danışmazdan əvvəl onun hansı mühit olduğunu anlamaq lazımdır.Tərif. Vakum, bir hissəcikin sərbəst yolunun qabın ölçüsündən daha böyük olduğu bir qaz vəziyyətidir. Yəni bir qaz molekulunun və ya atomunun digər molekullarla və ya atomlarla toqquşmadan gəminin bir divarından digərinə uçduğu bir vəziyyətdir. Həmişə vakuumda qalan az sayda hissəcikləri xarakterizə edən vakuum dərinliyi anlayışı da mövcuddur.Elektrik cərəyanının mövcudluğu pulsuz yük daşıyıcılarının mövcudluğunu tələb edir. Maddənin miqdarı çox az olan bir məkanda haradan gəlirlər? Bu suala cavab vermək üçün Amerikalı fizik Tomas Edisonun apardığı təcrübəni nəzərdən keçirmək lazımdır . Təcrübə zamanı iki boşqab vakuum kamerasına yerləşdirildi və xaricində bir elektrometri açıq vəziyyətdə olan bir dövrə bağlandı. Bir lövhə qızdırıldıqdan sonra elektrometr sıfırdan bir sapma göstərdi .Təcrübənin nəticəsi belə izah olunur: isinmə nəticəsində atom quruluşundan olan metal, buxarlanma zamanı su molekullarının yayılmasına bənzəyərək elektronlar yaymağa başlayır. Qızdırılan metal elektron gölünü əhatə edir. Bu fenomenə termion emissiya deyilir.

Şəkil: 2. Edisonun təcrübəsinin sxemiTexnologiyada, sözdə elektron şüalarının istifadəsi çox vacibdir.Tərif.Elektron şüa, uzunluğu enindən çox daha çox olan bir elektron axınıdır. Bunu əldə etmək olduqca asandır. Akımın keçdiyi bir vakuum borusu götürmək və sürətlənmiş elektronların getdiyi anodda bir deşik açmaq kifayətdir (elektron tabancası) (Şəkil 3).

Şəkil: 3. Elektron silaElektron şüaları bir sıra əsas xüsusiyyətlərə malikdir:Yüksək kinetik enerjinin olması nəticəsində kəsdikləri material üzərində termal təsir göstərirlər. Bu xüsusiyyət elektron qaynaqda istifadə olunur. Elektron qaynaq materialları təmiz saxlamaq vacib olduqda, məsələn yarımkeçiriciləri qaynaq edərkən lazımdır.Metallarla toqquşarkən, elektron şüaları yavaşlayarkən, tibbdə və texnikada istifadə olunan rentgen şüaları yayır (şəkil 4).Şəkil: 4. X-ray şüalanması ilə çəkilən şəkil (Elektron şüa fosfor adlanan bəzi maddələrə dəyəndə bir parıltı meydana gəlir və bu da şüanın hərəkətini izləməyə kömək edən ekranlar yaratmağa imkan verir, əlbətdə gözlə görünmür.Elektrik və maqnit sahələrindən istifadə edərək şüaların hərəkətini idarə etmək bacarığı.Qeyd etmək lazımdır ki, termionik emissiyanın əldə edilə biləcəyi temperatur metal quruluşun məhv edildiyi temperaturu aşa bilməz.Əvvəlcə Edison vakumda cərəyan yaratmaq üçün aşağıdakı dizayndan istifadə etdi. Dövrə bağlı bir dirijor bir tərəfdən vakuum borusuna, digər tərəfdən müsbət yüklü bir elektrod yerləşdirildi (bax Şəkil 5):

Bir cərəyanın keçiricidən keçməsi nəticəsində, müsbət elektrodu cəlb edən elektronlar yayaraq istiləşməyə başlayır. Sonda, həqiqətən bir elektrik cərəyanı olan elektronların yönəldilmiş bir hərəkəti yaranır. Bununla birlikdə, bu şəkildə yayılan elektronların sayı çox azdır və bu da hər hansı bir istifadə üçün çox az cərəyan verir. Bu problem başqa bir elektrod əlavə etməklə həll edilə bilər. Bu mənfi potensial elektrodu dolayı közərmə elektrodu adlanır. İstifadəsi ilə hərəkət edən elektronların sayı bir neçə dəfə artır (şəkil 6).

Şəkil: 6. Dolayı parıltı elektrodundan istifadəVakumdakı cari keçiriciliyin metallarla - elektroniklə eyni olduğunu qeyd etmək lazımdır. Bu sərbəst elektronların meydana çıxma mexanizmi tamamilə fərqli olsa da.Termionik emissiya fenomeninə əsasən vakuum diod adlı bir cihaz yaradıldı (şəkil 7).

Şəkil: 7. Elektrik sxemində vakuum diodunun təyin edilməsiVakum dioduna daha yaxından baxaq. İki növ diod var: bir filament və anot olan bir diod və bir anot və bir katot ilə bir filamentli bir diod. Birincisi, birbaşa qızdırılan diyot, ikincisi - dolayı olaraq qızdırılır. Texnologiyada həm birinci, həm də ikinci tip istifadə olunur, bununla birlikdə birbaşa qızdırılan diod elə bir dezavantaja malikdir ki, qızdırıldıqda filamanın müqaviməti dəyişir və bu da diod vasitəsilə cərəyanın dəyişməsinə səbəb olur. Diodlardan istifadə edən bəzi əməliyyatlar üçün tamamilə sabit bir cərəyan tələb olunduğundan, ikinci növ diodlardan istifadə etmək daha məqsədəuyğundur.Hər iki vəziyyətdə də, effektiv emissiya üçün filamanın temperaturu bərabər olmalıdır  .Diodlar alternativ cərəyanları düzəltmək üçün istifadə olunur. Bir diod sənaye dəyərindəki cərəyanları çevirmək üçün istifadə olunursa, o zaman kenotron adlanır.Elektron yayan elementin yaxınlığında yerləşən bir elektrod katot (), digəri anod () adlanır. Düzgün bir əlaqə ilə, cərəyan artan gərginliklə artır. Ters əlaqə ilə cərəyan heç axmayacaq (şəkil 8). Bu şəkildə vakuum diodları, yenidən açıldıqda cərəyanın minimal olmasına baxmayaraq yarıkeçirici diodlarla müsbət dərəcədə müqayisə olunur. Bu xüsusiyyətinə görə vakuum diodları alternativ cərəyanları düzəltmək üçün istifadə olunur.

Şəkil: 8. Vakum diodunun cərəyan gərginliyi xarakteristikasıVakumdakı cərəyan axını prosesləri əsasında yaradılan başqa bir cihaz elektrik triodudur (şəkil 9). Dizaynı dioddan bir şəbəkə adlanan üçüncü bir elektrodun olması ilə fərqlənir. Katod-şüa borusu kimi bir cihaz da bir osiloskop və boru televizorları kimi cihazların əsas hissəsini təşkil edən vakumdakı cərəyan prinsiplərinə əsaslanır.

Şəkil: 9. Vakum triod dövrəsiYuxarıda qeyd edildiyi kimi, vakumda cərəyanın yayılma xüsusiyyətləri əsasında, bir katot-şüa borusu kimi vacib bir cihaz hazırlanmışdır. İşinin mərkəzində, elektron şüalarının xüsusiyyətlərindən istifadə olunur. Bu cihazın quruluşunu nəzərdən keçirək. Katot-şüa borusundan ibarətdir vakum kolbasıbir genişlənmə, bir elektron tabanca, iki katot və iki qarşılıqlı dik cüt elektrod (Şəkil 10).

Şəkil: 10. Katot-şüa borusunun quruluşuƏməliyyat prinsipi belədir: termonik emissiya səbəbi ilə silahdan qaçan elektronlar anodlardakı müsbət potensiala görə sürətlənir. Daha sonra, nəzarət elektrodlarının cütlərinə istənilən gərginliyi tətbiq edərək, elektron şüasını üfüqi və şaquli olaraq istədiyimiz kimi əyə bilərik. Sonra yönəlmiş şüa fosfor ekranına düşür və bu, üzərindəki şüa trayektoriyasının görüntüsünü görməyə imkan verir.Elektron şüalarının maqnit sahələri ilə idarə olunması istisna olmaqla, elektrik siqnallarını öyrənmək üçün hazırlanmış bir osiloskop adlanan bir cihazda və şəkil borusu televiziyalarında bir katot şüası borusu istifadə olunur.