1. Урок № 65. Електричний струм у газах. (ВИВЧИТИ: Фізика-11., вид-во «Ранок», 2019р., 272ст., ред. Бар’яхтар В.Г., (в електронному варіанті), *7, ст.32, ЗРОБИТИ: Впр.7(1-3,4)

Евристична бесіда.
1. Іонізація газів. Гази, на відміну від металів і електролітів, складаються з електрично нейтральних атомів і молекул і за нормальних умов не містять вільних носіїв струму (електронів та іонів). Гази за нормальних умов є діелектриками.
Проте за деяких умов можна помітно підвищити електропровідність газу. Достатньо, наприклад, подіяти полум’ям сірника на повітря біля зарядженого електроскопа, і він одразу ж розряджається. З цього досліду роблять висновок, що під дією полум’я повітря втрачає свої ізоляційні властивості, тобто в ньому з’являються вільні заряди. Повітря, як і гази, можна зробити електропровідним і в разі дії на нього ультрафіолетового, рентгенівського та радіоактивного випромінювань.
Для відриву електрона від атома необхідна певна енергія, яку називають енергією іонізації.
Іонізація газів — це відривання електронів від їх атомів чи молекул.
Протилежним процесу іонізації газів є процес рекомбінації — об’єднання протилежно заряджених частинок у нейтральні молекули. Іонізатор щосекунди створює в просторі між електродами деяке число іонів і електронів. Стільки ж іонів і електронів, з’єднуючись між собою, утворюють нейтральні атоми. Така динамічна рівновага існує до тих пір, поки між електродами немає електричного поля. Як тільки між електродами буде створено поле, одразу ж на частинки, які несуть заряди різних знаків, почнуть діяти сили, спрямовані в протилежні боки. Тому разом із безладним рухом заряджені частинки переміщатимуться в напрямі дії на них електричного поля. Цей спрямований рух частинок під дією електричного поля й є струмом у газі.
Процес протікання електричного струму через газ називають газовим розрядом.
2. Несамостійний і самостійний розряди. Існують два види газового розряду: несамостійний і самостійний.
Якщо електропровідність газу виникає під дією іонізаторів, а з видаленням останнього зникає, то має місце і несамостійний розряд.
У міру збільшення різниці потенціалів між електродами трубки частка заряджених частинок, які досягають електродів, збільшується. Зростає й сила струму в колі. Наступає момент, за якого всі заряджені частинки, що утворюються в газі протягом секунди, досягають за цей час електродів. При цьому подальшого зростання струму не відбувається (струм досягає насичення).
Дослід показує, що коли й далі збільшувати різницю потенціалів, то, починаючи з деякого значення, сила струму знову зростає. Це означає, що в газі з’являються додаткові іони, окрім тих, які утворюються за рахунок дії іонізатора. Сила струму може зрости в сотні й тисячі разів, а число іонів, що виникають у процесі розряду, може стати таким великим, що зовнішній іонізатор не буде вже потрібний для підтримки розряду.
Газовий розряд, який продовжується після того, як припиниться дія зовнішнього іонізатора, називається самостійним газовим розрядом.
Далі разом із учнями необхідно розглянути й проаналізувати вольт-амперну характеристику несамостійного й самостійного розрядів.
3. Іонізація електронним ударом
Вільний електрон, що з’явився завдяки дії зовнішнього іонізатора, починає рухатися до анода, а позитивний іон — до катода. У проміжках між двома послідовними і зіткненнями енергія електрона збільшується за рахунок і роботи сил електричного поля. Кінетична енергія електрона перед черговим зіткненням пропорційна напруженості поля й довжині вільного пробігу: то під час зіткнення електрона з атомом відбувається іонізація. У результаті замість одного вільного електрона виявляються два. Ці електрони, у свою чергу, здобувши енергію в полі, іонізують зустрічні атоми і т. д. Внаслідок цього число заряджених частинок різко зростає, виникає електронна лавина.
У газах у разі великих напруженостей електричних полів електрони досягають таких великих енергій, що починається іонізація електронним ударом. Розряд стає самостійним і продовжується без зовнішнього іонізатора.
Запитання до учнів у ході викладення нового матеріалу:
1. Якою є природа струму в газах?
2. Чим відрізняється іонізація газу від електролітичної дисоціації?
3. Чи виконується закон Ома для струму в газах?
Для подальшого вивчення матеріалу застосовую інтерактивний метод «Ажурна пилка».
Створюю групи:
1. Домашні групи: кожна група отримує завдання, вивчає його та обговорює матеріал. У кожній групі призначаю головуючого, тайм-кіпера та особу, яка ставить запитання. Завдання домашнім групам:
1) Тліючий розряд. 2) Іскровий розряд. 3) Коронний розряд. 4) Дуговий розряд.

2. Експертні групи: далі об’єдную дітей в нові групи, де кожний учень стає експертом з тієї теми, що вивчалася в «домашній групі». Кожний учень по черзі за визначений час якісно і в повному обсязі доносить інформацію до членів інших груп та сприймає від них нову інформацію.
3. «Домашні групи». Діти повертаються «додому», де мають поділитися інформацією, яку вони отримали від представників інших груп, з членами своєї «домашньої групи». Таким чином, за допомогою методу «Ажурна пилка» за короткий проміжок часу діти отримали велику кількість інформації з теми «Види самостійного розряду в газах».
III. Закріплення нового матеріалу
Розв’язування задач
1. Іонізуюче випромінювання кожної секунди створює в газу в трубці
пар однозарядних іонів. Якою є сила струму насичення під час несамостійного розряду, якщо об’єм трубки ?
Розв’язання
Сила струму

Слід звернути увагу на те, що пара однозарядних іонів переносить з катода на анод один електрон. (Відповідь: 480)
2. За якої напруженості поля почнеться самостійний розряд у водні, якщо енергія іонізації молекул дорівнює , а середня довжина вільного
пробігу 5 мкм? Яку швидкість мають електрони під час удару об молекулу?
IV. Домашнє завдання
Параграфи 91 -93.
Розв’язати задачі.
1. Сила струму насичення в разі несамостійного розряду в трубці завдовжки у 60 см і площею поперечного перерізу дорівнює 0,3 мкА. Скільки пар іонів виникає в кожному кубічному сантиметрі газу за одну секунду під дією іонізатора? (Відповідь: )
2. Два плоскі паралельні електроди розташовані в скляній розрядній трубці, заповненій атомарним Гідрогеном за зниженого тиску. Відстань між електродами дорівнює 2,5 см, напруга 4 кВ. Чи протікатиме струм у трубці? Потенціал іонізації атомів Гідрогену дорівнює 13,54 В, довжина вільного пробігу електронів 92 мкм. (Відповідь: струм протікатиме.)

2. Урок №66. Електричний струм у вакуум. Електровакуумні прилади.(ВИВЧИТИ: Фізика-11., вид-во «Ранок», 2019р., 272ст., ред. Бар’яхтар В.Г., (в електронному варіанті), *8, ст.37, ЗРОБИТИ: Впр.8 (1-4)

Електричний струм у вакуумі. Електровакуумні прилади
Найважливішими приладами в електроніці першої половини ХХ ст. були електронні лампи, в яких використовувався електричний струм у вакуумі. Однак їм на зміну прийшли напівпровідникові прилади. Але й сьогодні струм у вакуумі використовується в електронно-променевих трубках, при вакуумному плавленні і зварюванні, у тому числі в космосі, і в багатьох інших установках. Це і визначає важливість вивчення електричного струму у вакуумі.
Вакуум (від лат. Vacuum – порожнеча) – стан газу при тиску, меншому атмосферного. Це поняття застосовується до газу в замкнутому посудині або в судині, з якої відкачують газ, а часто і до газу у вільному просторі, наприклад до космосу. Фізичної характеристикою вакууму є співвідношення між довжиною вільного пробігу молекул і розміром судини, між електродами приладу і т.д.
повітря

Рис.1. Відкачування повітря з судини
Коли мова йде про вакуум, то чомусь вважають, що це зовсім порожній простір. Насправді ж це не так. Якщо з якої-небудь судини відкачувати повітря (рис.1), то кількість молекул в ньому з часом буде зменшуватися, хоча всі молекули з судини видалити неможливо. То коли ж можна вважати, що в посудині створений вакуум?
Молекули повітря, рухаючись хаотично, часто стикаються між собою і зі стінками посудини. Між такими зіткненнями молекули пролітають певні відстані, які називаються довжиною вільного пробігу молекул. Зрозуміло, що при відкачуванні повітря концентрація молекул (їх кількість в одиниці об’єму) зменшується, а довжина вільного пробігу – збільшується. І ось настає момент, коли довжина вільного пробігу стає рівною розмірам судини: молекула рухається від стінки до стінки судини, практично не зустрічаючись з іншими молекулами. Ось тоді-то і вважають, що в посудині створений вакуум, хоча в ньому ще може бути багато молекул. Зрозуміло, що в менших за розмірами судинах вакуум створюється при великому тиску газу в них, ніж у великих судинах. Якщо продовжувати відкачування повітря з посудини, то говорять, що в ньому створюється більш глибокий вакуум. При глибокому вакуумі молекула може багато раз пролетіти від стінки до стінки, перш ніж зустрінеться з іншою молекулою. Відкачати всі молекули з судини практично неможливо. Де беруться вільні носії зарядів у вакуумі? Якщо в посудині створений вакуум, то в ньому все ж є чимало молекул, деякі з них можуть бути і іонізовані. Але заряджених частинок в такій посудині для виявлення помітного струму мало. Як же отримати у вакуумі достатню кількість вільних носіїв заряду? Якщо нагріти провідник, пропускаючи по ньому електричний струм або іншим способом (рис.2), то частина вільних електронів у металі буде мати достатню енергію, щоб вийти з металу (виконати роботу виходу).
Явище випромінювання електронів розжареними тілами називається термоелектронної емісії.
Рис. 2. Випромінювання електронів розпеченим провідником
Електроніка і радіо майже ровесники. Щоправда, спочатку радіо обходилося без своєї ровесниці, але пізніше електронні прилади стали матеріальною основою радіо, або, як кажуть, його елементарної базою.
Початок електроніки можна віднести до 1883 року, коли знаменитий Томас Альфа Едісон, намагаючись продовжити термін служби освітлювальної лампи з вугільною ниткою розжарювання, ввів в балон лампи, з якої відкачано повітря, металевий електрод.
Саме цей досвід привів Едісона до його єдиного фундаментально-наукового відкриття, яке лягло в основу всіх електронних ламп і всієї електроніки до транзисторного періоду. Відкрите ним явище згодом отримало назву термоелектронної емісії.
Зовні досвід Едісона виглядав досить просто. До висновку електрода і одному з висновків розжареної електричним струмом нитки він під’єднав батарею і гальванометр.
Стрілка гальванометра відхилялася щоразу, коли до електроду під’єднувався плюс батареї, а до нитки – мінус. Якщо полярність змінювалася, то струм у ланцюзі припинявся.
Едісон оприлюднив цей ефект і отримав патент на відкриття. Правда, роботу свою він, як мовиться, до пуття не довів і фізичну картину явища не пояснив. У цей час електрон ще не був відкритий, а поняття “термоелектронна емісія», природно, могла з’явитися лише після відкриття електрона.
Ось у чому її суть. В розжареній металевої нитки швидкість руху і енергія електронів підвищуються настільки, що вони відриваються від поверхні нитки і вільним потоком спрямовуються в оточуюче її простір. Вириваються з нитки електрони можна уподібнити ракетам, що подолали силу земного тяжіння. Якщо до електроду буде приєднаний плюс батареї, то електричне поле всередині балона між ниткою розжарювання і електродом спрямує до нього електрони. Тобто всередині лампи потече електричний струм.
Потік електронів у вакуумі є різновидом електричного струму. Такий електричний струм у вакуумі можна отримати, якщо в судину, звідки ретельно відкачується повітря, помістити нагрівається катод, що є джерелом “випаровуються”, і анод. Між катодом і анодом створюється електричне поле, повідомляє електрони швидкості в певному напрямку.
У трубках телевізорів, радіолампах, установках для плавлення металів електронним променем, багатьох інших установках електрони рухаються у вакуумі. Яким чином одержують потоки електронів у вакуумі? Як управляють цими потоками?
Рис.3
Ми знаємо, що в металах є електрони провідності. Середня швидкість руху цих електронів залежить від температури металу: вона тим більше, чим вище температура. Розташуємо у вакуумі на деякій відстані один від одного два металеві електроди (рис.3) і створимо між ними певну різницю потенціалів. Струму в колі не буде, що свідчить про відсутність в просторі між електродами вільних носіїв електричного заряду. Отже, в металах є вільні електрони, але вони утримуються всередині металу і при звичайних температурах практично не можуть виходити з нього.
Для того, щоб електрони змогли вийти за межі металу (аналогічно вильоту молекул за межі рідини при її випаровуванні), вони повинні подолати сили електричного тяжіння з боку надлишку позитивного заряду, що виник в металі внаслідок вилітання електронів, а також сил відштовхування з боку електронів, які вилетіли раніше і утворили поблизу поверхні металу електронну «хмарка». Інакше кажучи, щоб вилетіти з металу у вакуум, електрон повинен виконати певну роботу А проти цих сил, природно, різну для різних металів. Цю роботу називають роботою виходу електронів з металу. Робота виходу виконується електронами за рахунок їх кінетичної енергії. Тому ясно, що повільні електрони вирватися з металу не можуть, а вириваються тільки ті, кінетична енергія яких Ек перевищує роботу виходу, тобто Ек ≥ А. Вихід вільних електронів з металу називають емісією електронів.
Для того, щоб існувала емісія електронів, необхідно повідомити електронам провідності металів кінетичну енергію, достатню для виконання роботи виходу. У залежності від способу повідомлення електронам необхідної кінетичної енергії бувають різні типи електронної емісії. Якщо енергія повідомляється електронам провідності за рахунок бомбардування металу ззовні якимись іншими частинками (електронами, іонами), має місце вторинна електронна емісія. Емісія електронів може відбуватися під впливом опромінення металу світлом. У цьому випадку спостерігається фотоемісія, або фотоелектричний ефект. Можливо також виривання електронів з металу під дією сильного електричного поля – автоелектронна емісія. Нарешті, електрони можуть набувати кінетичну енергію за рахунок нагрівання тіла. У цьому випадку говорять про термоелектронну емісії.
Розглянемо докладніше явище термоелектронної емісії та його застосування.
При звичайних температурах мізерне число електронів може мати кінетичної енергією, порівнянної з роботою виходу електронів з металу. З підвищенням температури число таких електронів зростає і при нагріванні металу до температур порядку 1000 – 1500 градусів вже значне число електронів буде мати енергію, перевищує роботу виходу з металу. Саме ці електрони можуть вилетіти з металу, але вони не віддаляються від його поверхні, оскільки метал при цьому заряджається позитивно і притягує електрони. Тому близько нагрітого металу створюється «хмарка» електронів. Частина електронів з цього «хмарки» повертається назад в метал, і в той же час з металу вилітають нові електрони. При цьому між електронним «газом» і електронним «хмаркою” встановлюється динамічна рівновага, коли число електронів, що вилітають за певний час з металу, порівнюється з числом електронів, які за той же час повертаються з «хмарки» в метал
Вакуумний діод (двоелектродна лампа)
З попереднього параграфа стає зрозумілим, як зробити так, щоб в розглянутій вище ланцюга (рис.3) протікав постійний електричний струм. Очевидно, досить нагрівати один з металевих електродів, а саме електрод, з’єднаний з негативним полюсом джерела струму. У цьому випадку електрони, вилітаючи з нагрітого металу, будуть притягатися до позитивно зарядженого електроду, і в ланцюзі буде протікати струм. Так ми, нарешті, підійшли до принципу пристрою двоелектродної лампи (діода), широко застосовується в електро – і радіотехніки.
Рис.4
Сучасний діод складається з скляного або металевого балона (рис. 4), з якого ретельно відкачується повітря. В балон упаяні два електроди, один з яких (катод) виготовляють у вигляді нитки з тугоплавкого металу, звичайно вольфраму, яка може розігріватися від джерела струму для створення електронної “хмарки” в балоні. Анод діода найчастіше має форму циліндра, всередині якого по осі розташований розжарюваний катод.
Розглянутий нами катод – катод прямого напруження – застосовується рідко. Найбільш поширені катоди непрямого підігріву. Вони являють собою напівпровідниковий шар, нанесений на керамічну трубочку. Нагріваються ці катоди за допомогою мініатюрної електричної печі (мал. 5) – підігрівача. На
(Рис.6) показано схематичне зображення діода з катодом прямого (а) і непрямого (б) напруження.

а) б)
Рис.5 Рис.6
Познайомимося з основними властивостями діода. Для цього складемо електричний ланцюг з діода, джерел напруги Ua і Uk і гальванометра (рис.7). Комутатор К2 дозволяє створювати між анодом і катодом напруга (анодне) різної полярності. При замиканні перемикача К2 в положення 1 на анод подається позитивний щодо катода потенціал, а при замиканні перемикача К2 в положення 2 – негативний.

Рис.7
Якщо замкнемо перемикач К2 в положення 1, тобто повідомимо аноду позитивний щодо катода потенціал, але не замкнемо перемикач К1 (не будемо розігрівати катод), то струму в колі не буде навіть при великих анодних напругах Uа. І це зрозуміло. Температура обох електродів дорівнює кімнатній, термоелектронна емісія катода анода дуже мала, і в просторі між анодом і катодом практично відсутні заряджені частки, рух яких в електричному полі міг би створити електричний струм.
Якщо перемикач К1 замкнути і розігріти катод, то навіть при анодній напрузі Ua = 0 в ланцюзі анода протікатиме незначної сили струм I0. Виникнення цього струму можна пояснити так. При високій температурі катода великої буде і емісія електронів з нього. Найбільш швидкі електрони, що вилетіли з катода, долітають до анода, створюючи в ланцюзі анодний струм. Якщо аноду повідомити невеликий негативний потенціал щодо катода (перемикач К2 в положенні 2), то сила анодного струму зменшується, оскільки в цьому випадку електрони повинні долати гальмує полі між анодом і катодом. При певній анодній напрузі U1 навіть швидкі електрони не можуть подолати гальмує полі і сила анодного струму дорівнює нулю.Сообщім тепер аноду позитивний щодо катода потенціал (перемикач К2 положення 1). У цьому випадку електричне поле між анодом і катодом сприяє руху електронів до аноду, але при цьому порушується динамічна рівновага між вильотом з катода і поверненням в нього електронів і емісія посилюється. Залежність між силою струму в діоді і анодним напругою можна зобразити графічно
Ia
Iн ———————————–

Рис.8 U1 а U2 U3 Uн Uа
Крива, що показує залежність сили струму в діоді від анодної напруги, називається вольтамперной характеристикою діода. У міру збільшення анодної напруги все більше число що вилітають з катода електронів захоплюється електричним полем і сила анодного струму різко зростає до тих пір, поки напруга не досягне такого значення Uн, при якому всі вилітають з катода за одиницю часу електрони переміщатися полем до аноду. Сила анодного струму досягає максимального значення Iн, яке називають силою струму насичення діода, і подальше збільшення анодної напруги не веде до збільшення сили анодного струму. Анодна напруга Uн отримало назву напруги насичення.
При напрузі Uа = 0 сила струму Iо дуже мала, значно менше сили струму насичення, тому вважають, що вольтамперна характеристика проходить через початок координат, тобто нехтують силою струму Iо: тоді при Ua = 0 і I0 = 0.
Зверніть увагу, що вольтамперна характеристика діода нелінійна, як це має місце у випадку металевих провідників. Опір діода, знайдений як частка від ділення анодної напруги на силу струму, при різних анодних напругах буде різним і не може служити параметром діода. Таким чином, електронна лампа є прикладом провідника, для якого не виконується закон Ома.
Оскільки розжарюваний діод лампи випускає електрони, а не позитивні іони, діод проводить струм тільки в разі повідомлення аноду лампи позитивного щодо катода потенціалу. Якщо ж аноду повідомити негативний потенціал, то термоелектрони відштовхуватися від негативно зарядженого анода і притягуватимуться до позитивно зарядженого катода і струм через лампу не йде – лампа закривається. Це означає, що лампа має однобічну провідність. Одностороння провідність діода широко використовується в техніці для випрямлення змінного струму.
Вакуумний тріод
Для поліпшення дії електронної лампи в неї вводять додаткові сітки. Лампу з двома сітками називають тетродом (тобто чотириелектродної), з трьома – пентодом (п’ятиелектродної). Поява електронних ламп різноманітних пристроїв, заснованих на їх застосуванні, зіграли величезну роль у розвитку радіо. Тріод також застосовують, як генератор електричних коливань. Потоком електронів, що рухаються в електронній лампі від катода до анода можна керувати за допомогою електричних і магнітних полів. Найпростішим електровакуумним приладом, в якому здійснюється управління потоком електронів за допомогою електричного поля, є тріод. Балон, анод і катод вакуумного тріода мають таку ж конструкцію, як і у діода, проте на шляху електронів від катода до анода в тріоді розташовується третій електрод, званий сіткою. Звичайно сітка – це спіраль з декількох витків тонкого дроту навколо катода
Рис.9 Рис.10
Якщо на сітку подається позитивний потенціал щодо катода (рис.9), то значна частина електронів пролітає від катода до анода, і в ланцюзі анода існує електричний струм. При подачі на сітку негативного потенціалу щодо катода електричне поле між сіткою і катодом перешкоджає руху електронів від катода до анода (рис.10), анодний струм зменшується. Таким чином, змінюючи напругу між сіткою і катодом, можна регулювати силу струму в ланцюзі анода, що і послужило причиною назви сітки керуючої.

Рис. 11. Схема включення тріода
Умовне графічне позначення тріода показано на рис.11. Промисловість випускає широкий асортимент самих різних тріодів, а також подвійних тріодів із загальним і роздільними катодами, які застосовувалися в різній радіоапаратурі, ще перебуваючи в експлуатації.

До параметрів тріода відносяться: внутрішній опір – відношення приросту анодної напруги до приросту анодного струму, коефіцієнт посилення – відношення приросту анодної напруги до приросту напруги на сітці, крутизна характеристики анодного струму – відношення приросту анодного струму до приросту напруги на сітці:
Внутрішній опір Ri вимірюється в кОм, крутизна характеристики S – в А / В, коефіцієнт посилення μ – величина безрозмірна.
До граничним експлуатаційних параметрів тріодів відноситься ті ж параметри, що й до діодів: мінімальне і максимальне напруги напруження, найбільше допустимо зворотне напруга анода, найбільша напруга між катодом і підігрівачем, найбільший середній анодний струм, гранична потужність, що розсіюється анодна, а також додаткові параметри ( найбільший негативний напруга на сітці і найбільший опір в ланцюзі сітки). Необхідність обмеження опору в ланцюзі сітки пов’язана з тим, що сітка звичайно розташовується дуже близько до катода і може їм нагріватися. При цьому можлива поява термоелектронної емісії з сітки, яка призводить до зворотного сіткового струму. Хоча ця емісія і зворотний струм дуже малі, але при більшому опорі в ланцюзі сітки струм створює на ньому відчутне падіння напруги, що може порушити нормальний режим лампи.
При використанні тріодів в схемах, що працюють на високій частоті, доводиться враховувати і власні Міжелектродний ємності лампи: вхідну ємність між анодом і катодом, а також прохідну ємність між анодом і сіткою. Якщо вхідна і вихідна ємності виявляються підключеними паралельно навантажень попереднього і даного каскадів, що не дуже страшно, то прохідна ємність може приводити до дуже неприємних наслідків. У підсилювальних схемах слабкий сигнал звичайно подається на сітку лампи, а на аноді утворює посилений сигнал. Прохідна ємність створює шлях цьому сигналу з анода назад на сітку, що може призвести до самозбудження каскаду. Це особливо небезпечно на високій частоті, коли порівняно невелика місткість володіє невеликим ємнісним опором.
Тетрод – чотириелектродні лампа
Для зменшення прохідний ємності були створені чотириелектродні лампи – тетроди (рис.12). У такої лампи між керуючою сіткою і анодом розташовується екранна сітка, яка заземлюється по змінному струмі конденсатором великої ємності. Завдяки цьому прохідна ємність зменшується у сотні і тисячі разів. За постійному струму на екранну сітку подається позитивна напруга, приблизно таке ж що і на анод. Так ця сітка збільшує притягує поле, яким електрони з електронної хмари змушується летіти до анода, і частина летять до анода електронів потрапляє на неї. Утворюється струм екранної сітки, що становить приблизно 10 … 20% від анодного струму, з чим доводиться миритися.

Рис. 12. Чотириелектродні лампа – тетрод.
Основний недолік тетрода – динатронного ефект – полягає в наступному. Електрони на шляху від катода до анода розганяються до великої швидкості. При напрузі на аноді 100 Ват ця швидкість досягає 6 000 км / с – у 10 000 разів більше швидкості кулі при вильоті з дула гвинтівки. Б’ючись об поверхню анода, електрони вибивають з нього інші, вторинні електрони. Таке явище називається вторинною електронної емісією. Якщо напруга на екранній сітці більше сітки на аноді, вторинні електрони з анода направляються на екранну сітку. У результаті анодний струм зменшується, а на анодної характеристиці тетрода з’являється провал.
Для боротьби з динатронним ефектом в конструкцію тетродів вводять спеціальні лучеобразующіе пластини, які концентрують електронний потік на невеликій частині поверхні анода, де створюється просторовий заряд, що перешкоджає зворотному потоку вторинних електронів на екранну сітку. Такі тетроди називаються променевими. Інший спосіб боротьби з динатронним ефектом складається в установці ще однієї сітки між екранною сіткою і анодом. Вона носить назву захисної або антідінотродной сітки і з’єднується з катодом всередині або зовні лампи, для чого є готельний висновок. Такі п’ятиелектродної лампи називаються пентодами. Антидинатронная сітка виконується рідкісної, на потік швидких електронів первинних впливу не робить, повільні ж вторинні електрони відштовхуються нею назад на анод. До багатоелектродними лампам відносяться лампи, що мають більше трьох сіток, наприклад, гептоди, у яких п’ять сіток. Гептоди призначені для перетворення частоти сигналу і містять дві роздільні керуючі сітки. Черговість розташування сіток при рахунку від катода наступна: перша сітка є першою керуючої, друга сітка – екранна, далі йде друга управляюча сітка, за нею ще одна екранна і, нарешті, антидинатронная сітка.
Екранні сітки звичайно з’єднані всередині ламп між собою і мають загальний висновок. Вольт – амперні характеристики гептод такі ж, як у пентодів, а наявність екранної сітки між керівниками знижує паразитне ємність між ними. Іноді використовується застаріла назва гептода – пентагрид, що в перекладі означає – п’ять сіток.
Електронно-променева трубка
Електрони, що випускаються нагрітим катодом, можна за допомогою електричних полів розганяти до високих швидкостей. Пучки електронів, що рухаються з великими швидкостями, можна використовувати для одержання рентгенівських променів, плавки та різання металів. Здатність електронних пучків відчувати відхилення під дією електричних і магнітних полів і викликати свічення кристалів використовується в електронно-променевих трубках.
Електронно-променева трубка – прилад з одним або кількома керованими електронними пучками. Якщо електронний пучок потрапляє на тіла, то вони нагріваються, що використовується для електронного плавлення та зварювання матеріалів у вакуумі і забезпечує їх надвисоку чистоту.
Деякі речовини під дією електронних пучків світяться, що використовується в телебаченні, радіолокації, осцилографах і т.п.

Рис.13.
Дуже важливим елементом телевізора, осцилографа, радіолокатора та інших приладів є електронно-променева трубка (рис.13). У вузькій частині вакуумного балона розташований циліндричний катод, що підігрівається металевою спіраллю 1, по якій за якою пропускають електричний струм. За допомогою діафрагми 2 з електронів, що випромінюються катодом, виділяється вузький електронний пучок 5 (електронний промінь). В електричному полі, створеному між катодом і циліндричним анодом, електрони прискорюються до швидкості порядку 10 4 км / с. Катод з підігрівом, діафрагма і анод утворюють електронну гармату.
Електронний промінь проходить через два конденсатори 3 і 4, пластини яких розташовані у взаємно перпендикулярних площинах, і потрапляє на екран 6, покритий речовиною, яка світиться при ударі потрапляють на нього електронів. На екрані можна бачити крапку, що світиться в тому місці, куди потрапляє електронний пучок.
Якщо до пластин конденсатора 3 докласти постійна напруга, напрям електронного пучка змінюється і світна точка зміщується у вертикальному напрямку. У випадку прикладання змінної напруги електронний промінь почне коливатися у вертикальній площині, а на екрані з’явиться світиться вертикальна лінія, довжина якої залежить від значення прикладеної напруги. По довжині цієї лінії можна визначати значення дуже слабких напруг і сил струмів.

Рис.14.
За допомогою спеціальної схеми на пластини конденсатора 4 подається змінна напруга U пилкоподібної форми (рис.14). Під дією такої напруги світна точка рівномірно переміщається вздовж горизонталі, наприклад вправо, а потім стрибком повертається в крайнє ліве положення. Цей періодично повторюваний процес, який називають горизонтальною розгорткою, дає на екрані горизонтальну світиться лінію.

Рис.15.
Якщо на вертикальні коливання променя, зумовлені досліджуваним напругою, накласти горизонтальну розгортку, то промінь буде описувати на екрані криву залежності досліджуваного напруги від часу (рис.15). Якщо ж напруга змінюється періодично, можна підбором відповідної частоти горизонтальної розгортки отримати на екрані нерухомий графік досліджуваної напруги і сфотографувати його.
Електронно-променева трубка є основною частиною електронного осцилографа, широко використовується в науці і техніці при вивченні різноманітних бистропротекающих процесів (як електричних, так і неелектричних після перетворення їх в електричні). Найменша тривалість процесів, що фіксуються осцилографами, досягає 10 -10 с. Крім трубки в осцилографі є генератор пилоподібного напруги (генератор розгортки), джерело живлення електронної гармати, блоки з регуляторами фокусування і яскравості, а також деякі інші допоміжні пристрої і деталі, що покращують роботу і розширюють його можливості. Зокрема, для спостереження слабких електричних сигналів в осцилографі передбачений підсилювач, причому відповідним регулятором можна змінювати амплітуду спостережуваних на екрані коливань до необхідних розмірів.
До прийомним електронно-променевим трубкам відноситься чорно-білі та кольорові кінескопи. Пристрій чорно-білого кінескопа нічим практично не відрізняється від пристрою трубки з магнітним відхиленням променя. У прожектор лише доданий прискорює електрод між модулятором і першим анодом. Промисловість випускає найрізноманітніші кінескопи з розміром екрану по діагоналі від 8 до 67 см. Всі сучасні кінескопи мають прямокутний екран із співвідношенням сторін в межах 3:4 до 4:5, що приблизно відповідає формату телевізійного зображення
Кольорові кінескопи містять три електронних прожектора і екран, покритий люмінофорами трьох кольорів – червоного, синього і зеленого свічення. В даний час промисловість випускає кольорові кінескопи двох різних конструкцій. У кінескопів з дельтовидним розташуванням прожекторів вони розташовані у вершинах трикутника, центр якого знаходиться на осі кінескопа. У кінескопів з планарним розташуванням прожекторів вони розташовані в одній площині, один перебуває на осі кінескопа, а два інших – по обидві сторони від першого.
Розвиток способів передачі зображень та вимірювальної техніки супроводжувалося подальшою розробкою і вдосконаленням різних електровакуумних приладів, радіоламп і електронографіческіх приладів для осцилографів, радіолокації і телебачення.
Рентгенівська трубка
Електричний струм у вакуумі застосовують для одержання рентгенівських променів. Рентгенівські промені випромінюються будь-якою речовиною, яка бомбардується швидкими електронами. Для отримання інтенсивного пучка цих променів Рентген (у 1895 р. відкрив ці промені) побудував спеціальну трубку, що складається з добре відкачаного скляної кулі, в який упаяні три металеві електроди: катод у вигляді сферичної чашки, анод і антикатод. Електрони, що вилітають нормально до поверхні катода, потрапляють в його центр кривизни, що лежить на антикатоді, виготовленому з тугоплавкого металу. Антикатод встановлений під кутом 45 ° до катода для найбільш зручного використання виходять з нього рентгенівських променів. Накопичення на антикатоді негативного електричного заряду могло б призвести до припинення роботи трубки, тому він сполучений з анодом.
Електромагнітні випромінювання в діапазоні довжин хвиль від 10 -14 до 10 -7 м називаються рентгенівськими променями.
У сучасних рентгенівських трубках роль катода виконує електронна гармата – вольфрамова спіраль, що нагрівається струмом і служить джерелом вільних електронів. Фокусування електронного гармата проводиться циліндром. Антикатод трубки є одночасно анодом. Такі трубки працюють стійкіше, ніж перша модель.
На рентгенівську трубку будь-якої конструкції подається напруга в кілька десятків кіловольт.
Якщо у вакуумній трубці між нагрітим катодом, що випускає електрони, і анодом докласти постійна напруга в кілька десятків тисяч вольт, то електрони будуть спочатку розганятися електричним полем, а потім різко гальмуватися в речовині анода при взаємодії з його атомами. При гальмуванні швидких електронів в речовині або при переходах електронів на внутрішніх оболонках атомів (рис.16) виникають електромагнітні хвилі з довжиною хвилі менше, ніж у ультрафіолетового випромінювання.

Рис.16.
Рентгенівські промені невидимі оком. Вони проходять без істотного поглинання через значні шари речовини, непрозорого для видимого світла. Виявляють рентгенівські промені за їхньою здатністю викликати певне свічення деяких кристалів і діяти на фотоплівку.
Здатність рентгенівських променів проникати через товсті шари речовини використовуються для діагностики захворювань внутрішніх органів людини. У техніці рентгенівські промені застосовуються для контролю внутрішньої структури різних виробів, зварних швів. Рентгенівське випромінювання має сильним біологічним дією і застосовується для лікування деяких захворювань.
Електроннооптіческій перетворювач (ЕОП)
ЕОП – це вакуумний фотоелектронний прилад для перетворення невидимого оком зображення об’єкта (в ІК, УФ і рентгенівських променях) у видиме або для посилення яскравості видимого зображення. В основі дії ЕОП лежить перетворення оптичного або рентгенівського зображення в електронне за допомогою фотокатода, а потім електронного зображення в світлове (видиме), одержуване на катодолюмінесцентному екрані. У ЕОП зображення об’єкта проектується за допомогою об’єктива на фотокатод (при використанні рентгенівських променів тіньове зображення об’єкта проектується на фотокатод безпосередньо).
Випромінювання від об’єкта викликає фотоелектронну емісію з поверхні фотокатода, причому величина емісії з різних ділянок останнього змінюється відповідно до розподілу яскравості спроектованого на нього зображення. Фотоелектрони прискорюються електричним полем на ділянці між фотокатодом і екраном, фокусуються електронної лінзою (ФЕ – фокусуючий електрод) і бомбардують екран Е., викликаючи його люмінесценцію. Інтенсивність свічення окремих точок екрану залежить від щільності потоку фотоелектронів, внаслідок чого на екрані виникає видиме зображення об’єкта. Розрізняють ЕОП одно-і багатокамерні (каскадні); останні є послідовне з’єднання двох або більше однокамерних ЕОП.
У деяких типах ЕОП зображення реєструється матрицею з електронночуттєвих елементів (в кількості 10 – 100), встановленої замість люмінесцентного екрана.
ЕОП застосовуються в ІК техніці, спектроскопії, медицині, ядерній фізиці, астрономії, телебаченні, для перетворення УЗ зображення у видиме. Сучасні багатокамерні ЕОП дозволяють реєструвати на фотоемульсії світлові спалахи (сцинтиляції) від одного електрона, що випускається вхідним фотокатодом.

Електронний проектор
Електронний проектор – це автоелектронний мікроскоп, безлинзовий електроннооптіческій прилад для отримання збільшеного в 105-106 разів зображення поверхні твердого тіла. Електронний проектор був винайдений в 1936 йому. фізиком Е. Мюллером.
Основні частини Електронного проектора: катод у вигляді зволікання з точковим емітером па кінці, радіус кривизни якого r ~ 10-7-10-8 м; скляна сферична або конусоподібна колба, дно якої покрито шаром люмінофора; анод у вигляді провідного шару на стінках колби або дротяного кільця, що оточує катод. З колби відкачується повітря (залишковий тиск ~ 10-9-10-11 мм рт. Ст.). Коли на анод подають позитивну напругу в декілька тис. Вольт щодо розташованого в центрі колби катода, напруженість електричного поля в безпосередній близькості від точкового емітера (вістря) досягає 107-108 В / см. Це забезпечує інтенсивну автоелектронну емісію. При звичайній формі катода електрони емітувалися переважно з місць локального збільшення напруженості поля над невеликими нерівностями і виступами поверхні емітера. Застосування точкових емітерів, згладжених поверхневої міграцією атомів металу при підвищених температурах в доброму вакуумі, дозволило отримати стійкі струми.
Емітовані електрони, швидшаючи в радіальних (щодо вістря) напрямках, бомбардують екран, викликаючи світіння люмінофора, і створюють на екрані збільшене контрастне зображення поверхні катода, що відображає її кристалічну структуру. Контраст автоелектронного зображення визначається щільністю емісійного струму, яка залежить від локальної роботи виходу, що змінюється залежно від кристалографічного будови поверхні емітера і від величини поля у поверхні емітера. Збільшення в Електронному проекторі дорівнює відношенню R / br, де R – відстань катод – екран, b – константа, що залежить від геометрії трубки.
Електронні проектори застосовуються для вивчення автоелектронної емісії металів і напівпровідників, для визначення роботи виходу з різних граней монокристала і ін Для спостереження фазових перетворень, вивчення адсорбції атомів різних речовин на металевій або напівпровідниковій поверхні і т.д. Електронний проектор використовують дуже обмежено, т. оскільки набагато більші можливості в цих відносинах дає застосування іонного проектора.
Електронограф
Електронограф – прилад для дослідження атомної будови твердих тіл і газових молекул методами електронографії. (Електронографія – це метод вивчення структури речовини, заснований на дослідженні розсіяння зразком прискорених електронів. Застосовується для вивчення атомної структури кристалів, аморфних тіл і рідин, молекул газів і пари). Електронограф – вакуумний прилад. У колоні, основному вузлі електронографа, електрони, що випускаються розжареною вольфрамової ниткою, розганяються високою напругою (від 30 кВ і вище – швидкі електрони і до 1 кВ – повільні електрони). За допомогою діафрагм і магнітних лінз формується вузький електронний пучок, що направляється на досліджуваний зразок, що знаходиться в спеціальній камері об’єктів і встановлений на спеціальному столику. Розсіяні електрони потрапляють у фотокамеру, і на фотопластинці (або екрані) створюється дифракційне зображення (електронограмма). Залежність інтенсивності розсіяних електронів від кута розсіяння може вимірюватися за допомогою електронних приладів. Електронограф постачають різними пристроями для нагрівання, охолодження, випаровування зразка, його деформації і т. д.
Електронограф включає також систему вакуумування і блок електроживлення, містить джерела накалу катода, високої напруги, харчування електромагнітних лінз і різних пристроїв камери об’єктів. Пристрій живлення забезпечує зміну прискорюючого потенціалу сходами (напр., в О. “ЕР-100″ 4 ступені: 25, 50, 75 і 100 кВ). Роздільна здатність становить тисячні частки і залежить від енергії електронів, перерізи електронного пучка і відстані від зразка до екрану, яке в сучасному електронографа може змінюватися в межах 200 – 600 мм. Управління сучасними електронографа, як правило, автоматизовано.
fizmat.7mile.net/fizika-10/17-impuls-tila-rozv-iazuvannia-zadach.htm

Орієнтовні теми для навчальних проекетів – презентацій
1. ЕЛЕКТРОРУШІЙНА СИЛА.
2. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У МЕТАЛАХ.
3. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ В ЕЛЕКТРОЛІТАХ.
4. ЕЛЕКТРОЛІЗ.