Corrente elettrica nel vuoto
In senso tecnico, lo spazio è chiamato vuoto, la quantità di materia in cui, rispetto a un normale mezzo gassoso, è insignificante. La pressione del vuoto è di almeno due ordini di grandezza inferiore alla pressione atmosferica; in tali condizioni, non ci sono praticamente corrieri gratuiti.
Ma come sappiamo elettro-shock è chiamato movimento ordinato di particelle cariche sotto l'azione di un campo elettrico, mentre nel vuoto, per definizione, non esiste un numero tale di particelle cariche sufficiente a formare una corrente stabile. Ciò significa che per creare una corrente nel vuoto, è necessario in qualche modo aggiungere ad essa particelle cariche.
Nel 1879, Thomas Edison scoprì il fenomeno della radiazione termoionica, che oggi è uno dei modi comprovati per ottenere elettroni liberi nel vuoto riscaldando un catodo metallico (elettrodo negativo) a uno stato tale che gli elettroni inizino a fuoriuscire da esso. Questo fenomeno è utilizzato in molti dispositivi elettronici sottovuoto, in particolare nei tubi sottovuoto.
Poniamo due elettrodi metallici nel vuoto e colleghiamoli a una sorgente di tensione CC, quindi iniziamo a riscaldare l'elettrodo negativo (catodo). In questo caso, l'energia cinetica degli elettroni all'interno del catodo aumenterà. Se l'energia dell'elettrone ulteriormente ottenuta in questo modo risulta essere sufficiente per superare la potenziale barriera (per svolgere la funzione di lavoro del catodo metallico), allora tali elettroni potranno fuoriuscire nello spazio tra gli elettrodi.
Dal momento che c'è tra gli elettrodi campo elettrico (creato dalla fonte sopra), gli elettroni che entrano in questo campo dovrebbero iniziare ad accelerare nella direzione dell'anodo (elettrodo positivo), cioè, teoricamente, si verificherà una corrente elettrica nel vuoto.
Ma questo non è sempre possibile, e solo se il fascio di elettroni riesce a superare la buca di potenziale sulla superficie del catodo, la cui presenza è dovuta alla comparsa di una carica spaziale vicino al catodo (nuvola di elettroni).
Per alcuni elettroni la tensione tra gli elettrodi sarà troppo bassa rispetto alla loro energia cinetica media, questa non sarà sufficiente per uscire dal pozzo e torneranno indietro, e per alcuni sarà abbastanza alta da calmare gli elettroni verso il basso. e iniziano ad essere accelerati dal campo elettrico. Pertanto, maggiore è la tensione applicata agli elettrodi, più elettroni lasceranno il catodo e diventeranno portatori di corrente nel vuoto.
Quindi, maggiore è la tensione tra gli elettrodi situati nel vuoto, minore è la profondità del pozzo di potenziale vicino al catodo.Di conseguenza, risulta che la densità di corrente nel vuoto durante la radiazione termoionica è correlata alla tensione anodica da una relazione chiamata legge di Langmuir (in onore del fisico americano Irving Langmuir) o legge del terzo:
A differenza della legge di Ohm, qui la relazione non è lineare. Inoltre, all'aumentare della differenza di potenziale tra gli elettrodi, la densità di corrente del vuoto aumenterà fino a quando non si verificherà la saturazione, una condizione in cui tutti gli elettroni della nuvola di elettroni al catodo raggiungono l'anodo. Un ulteriore aumento della differenza di potenziale tra gli elettrodi non comporterà un aumento della corrente. R
Diversi materiali catodici hanno emissività diversa, caratterizzata dalla corrente di saturazione.La densità di corrente di saturazione può essere determinata dalla formula di Richardson-Deshman, che mette in relazione la densità di corrente con i parametri del materiale catodico:
Qui:
Questa formula è stata derivata dagli scienziati sulla base della statistica quantistica.