Agos ng kuryente sa isang vacuum

Sa isang teknikal na kahulugan, ang espasyo ay tinatawag na vacuum, ang dami ng bagay kung saan, kumpara sa isang ordinaryong gas na daluyan, ay hindi gaanong mahalaga. Ang vacuum pressure ay hindi bababa sa dalawang order ng magnitude na mas mababa kaysa sa atmospheric pressure; sa ilalim ng gayong mga kundisyon, halos walang mga carrier ng libreng bayad dito.

Ngunit tulad ng alam natin electric shock ay tinatawag na iniutos na paggalaw ng mga sisingilin na particle sa ilalim ng pagkilos ng isang electric field, habang sa isang vacuum, ayon sa kahulugan, walang ganoong bilang ng mga sisingilin na particle na sapat upang bumuo ng isang matatag na kasalukuyang. Nangangahulugan ito na upang lumikha ng isang kasalukuyang sa isang vacuum, kinakailangan na kahit papaano ay magdagdag ng mga sisingilin na particle dito.

Noong 1879, natuklasan ni Thomas Edison ang kababalaghan ng thermionic radiation, na ngayon ay isa sa mga napatunayang paraan upang makakuha ng mga libreng electron sa isang vacuum sa pamamagitan ng pag-init ng metal cathode (negatibong elektrod) sa isang estado na ang mga electron ay nagsimulang lumipad palabas dito. Ang phenomenon na ito ay ginagamit sa maraming mga vacuum electronic device, lalo na sa mga vacuum tubes.

Maglagay tayo ng dalawang metal na electrodes sa isang vacuum at ikonekta ang mga ito sa pinagmumulan ng boltahe ng DC, pagkatapos ay simulan ang pag-init ng negatibong elektrod (cathode). Sa kasong ito, ang kinetic energy ng mga electron sa loob ng cathode ay tataas. Kung ang enerhiya ng elektron na karagdagang nakuha sa paraang ito ay lumalabas na sapat upang mapagtagumpayan ang potensyal na hadlang (upang maisagawa ang work function ng cathode metal), kung gayon ang mga naturang electron ay makakatakas sa espasyo sa pagitan ng mga electrodes.

Dahil mayroong sa pagitan ng mga electrodes electric field (nilikha ng pinagmulan sa itaas), ang mga electron na pumapasok sa larangang ito ay dapat magsimulang bumilis sa direksyon ng anode (positibong elektrod), iyon ay, ayon sa teorya, ang isang electric current ay magaganap sa isang vacuum.

Ngunit ito ay hindi laging posible, at kung ang electron beam ay magagawang pagtagumpayan ang potensyal na hukay sa ibabaw ng katod, ang pagkakaroon nito ay dahil sa paglitaw ng isang space charge malapit sa katod (electron cloud).

Para sa ilang mga electron ang boltahe sa pagitan ng mga electrodes ay magiging masyadong mababa kumpara sa kanilang average na kinetic energy, hindi ito magiging sapat upang lumabas sa balon at sila ay babalik, at para sa ilan ito ay sapat na mataas upang kalmado ang mga electron pababa sa - pataas at magsimulang pabilisin ng electric field. Kaya, mas mataas ang boltahe na inilapat sa mga electrodes, mas maraming mga electron ang aalis sa katod at magiging kasalukuyang mga carrier sa isang vacuum.

Kaya, mas mataas ang boltahe sa pagitan ng mga electrodes na matatagpuan sa isang vacuum, mas maliit ang lalim ng potensyal na balon malapit sa katod.Bilang resulta, lumalabas na ang kasalukuyang density sa vacuum sa panahon ng thermionic radiation ay nauugnay sa boltahe ng anode sa pamamagitan ng isang relasyon na tinatawag na batas ni Langmuir (bilang parangal sa American physicist na si Irving Langmuir) o sa batas ng pangatlo:

Hindi tulad ng batas ng Ohm, dito ang relasyon ay hindi linear. Gayundin, habang tumataas ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga electrodes, tataas ang vacuum current density hanggang sa mangyari ang saturation, isang kondisyon kung saan ang lahat ng electron mula sa electron cloud sa cathode ay umabot sa anode. Ang karagdagang pagtaas ng potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga electrodes ay hindi magreresulta sa pagtaas ng kasalukuyang. R

Ang iba't ibang mga materyales ng cathode ay may iba't ibang emissivity, na nailalarawan sa pamamagitan ng saturation current. Ang saturation current density ay maaaring matukoy ng Richardson-Deshman formula, na nag-uugnay sa kasalukuyang density sa mga parameter ng cathode material:

dito:

Ang formula na ito ay hinango ng mga siyentipiko batay sa quantum statistics.