Маковецкий

Тема: Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Электроннолучевая трубка
Класс: 11 А
Преподаватель: Хмелевский В. В.
Цели:
Образовательные: сформировать понятия «электрический ток в вакууме»,
«термоэлектронная эмиссия», изучить устройство и принцип работы вакуумных
приборов на примере вакуумного диода и электронно-лучевой трубки
Развивающие: развитие памяти, внимания
Воспитательные: формировать стремления к самостоятельному изучению основ
электротехники
Тип урока: изучение нового материала
Методы обучения: объяснительно-иллюстративный
Формы организации урока: фронтальная
Оборудование и источники информации: учебник, плакаты, видеофильм
Ведущая идея: Термоэлектронная эмиссия – явление испускания веществом электронов
при нагревании. Прибор, в котором используется пучок электронов, свободно летящих в
пространстве за анодом, называется электронно-лучевой трубкой
План урока
1. Организационный этап – 2 мин
2. Проверка домашнего задания –3 мин
3. Изучение нового материала - 24 мин
4. Закрепление -15 мин
5. Домашнее задание -1 мин
Структура урока:
Организационный этап:
Приветствую учащихся, прошу их подготовиться к проверке домашнего задания.
Проверка домашнего задания:
Проводится опрос учеников по таблице, которую они заполняли дома.
Изучение нового материала:
Вы рассмотрели прохождение электрического тока через различные вещества. А
возможно ли распространение электрического тока в вакууме, характеризующимся
«отсутствием» вещества, а следовательно, и отсутствием электрических зарядов?
Пусть расстояние между стенками сосуда d, а длина свободного пробега молекулы, т. е.
среднее расстояние, пролетаемое молекулой между двумя последовательными
столкновениями —  . В зависимости от соотношения между этими величинами
различают низкий (   0 ,   d ), средний (   1 ,   d ) и высокий
(
d
d

1 , 

d
d ) вакуум. При d ~ 10 см низкому вакууму соответствуют давления
р >1 мм рт. ст., среднему — от 1 мм рт. ст. до 10-3 мм рт. ст. и высокому — p < 10-3
мм. рт. ст.
Поскольку в вакууме нет свободных носителей зарядов, то он является идеальным
диэлектриком. Следовательно, для того чтобы в вакууме мог проходить электрический
ток, в нем необходимо каким-то образом предварительно «создать» некоторую
концентрацию свободных носителей заряда.
Это осуществляется с помощью явления термоэлектронной эмиссии, т. е. испускания
веществом электронов при нагревании, открытого американским физиком Томасом
Эдисоном в 1883 г. При этом электроны, испускаемые нагретым телом, называют
термоэлектронами, а само тело — эмиттером.
Вакуумные приборы, работа которых основана на явлении термоэлектронной
эмиссии, называются электронными лампами. Простейшая из них — вакуумный диод
— содержит два электрода. Один — в виде спирали из тугоплавкого материала,
например вольфрама или молибдена, накаливаемый током, называется катодом. Второй
— холодный электрод, собирающий термоэлектроны, называется анодом и чаще всего
имеет форму цилиндра, внутри которого расположен накаливаемый катод. (При
помощи плаката или учебника рассматриваем устройство вакуумного диода).
Рассмотрим вольт-амперную характеристику вакуумного диода (на плакате). Как
видим, увеличение напряжения сначала вызывает рост силы тока, а в дальнейшем сила
тока не меняется. Для пояснения этого факта заметим, что вылетающие из катода
термоэлектроны образуют вокруг него отрицательно заряженное облако,
препятствующее вылету новых электронов. Если на анод подать некоторое
положительное напряжение, то под действием электрического поля часть электронов
двинется к аноду, т. е. в лампе возникнет ток, и цель замкнется. По мере увеличения
напряжения все большее число электронов, покинувших катод, достигает
анода. Когда все электроны, вылетевшие из эмиттера, будут достигать анода,
то ток перестанет зависеть от анодного напряжения и достигнет своего
максимального значения (ток насыщения Iн). Для увеличения Iн надо повысить
температуру катода, чего можно достигнуть увеличением силы тока. Таким образом,
сила тока насыщения зависит от температуры катода.
Кроме того сила тока насыщения Iн зависит от вещества катода, поскольку различные
вещества характеризуются различной способностью к испусканию электронов.
Из-за того, что вольт-амперная характеристика вакуумного диода оказывается
нелинейной, т. е. не подчиняется закону Ома, диод является нелинейным элементом.
Поскольку ток в лампе возможен только в том случае, когда положительный полюс
батареи соединен с анодом, а отрицательный — с катодом, то вакуумные диоды
обладают односторонней проводимостью. Действительно, при изменении полярности
приложенного напряжения и при его достаточной величине U3 термоэлектроны не
достигают анода (он заряжен отрицательно), и ток через лампу не проходит.
Односторонняя проводимость диода используется в выпрямителях, предназначенных для
преобразования переменного тока в постоянный.
Если в аноде вакуумной лампы сделать отверстие, то часть электронов будет пролетать
сквозь него. Их движением можно управлять с помощью электрического и магнитного
полей. Прибор, в котором используется пучок электронов, свободно летящих в
пространстве за анодом, называется электронно-лучевой трубкой.
(Используя плакат рассматриваем устройство и принцип действия ЭЛТ)
В узком конце трубки находится электронная пушка, которая формирует пучок
электронов и состоит из катода, нагреваемого нитью накала, управляющего электрода и
ускоряющего анода. Электроны, вылетающие из катода, разгоняются электрическим
полем (5000—50 000 В) между катодом и анодом. Экран электронно-лучевой трубки
покрыт изнутри специальным веществом — люминофором, которое светится под
действием падающих электронов. В том месте экрана, куда падает пучок, появляется
маленькая светящаяся точка. Изменяя напряжение на аноде, можно фокусировать
электронный пучок, т. е. изменять площадь поперечного сечения электронного пучка на
экране. Изменяя напряжение между катодом и управляющим электродом, можно
изменять интенсивность электронного пучка (яркость пятна на экране). Пучок проходит
последовательно две пары отклоняющих пластин (плоских конденсаторов),
позволяющих смещать его в горизонтальном и вертикальном направлениях, т. е.
перемещать светящуюся точку в любом направлении. Вследствие малой массы
электронов положение светящейся точки на экране при изменении напряжения на
пластинах конденсаторов изменяется практически мгновенно, т. е. безынерционно.
Электронно-лучевые трубки находят широкое применение в осциллографах, дисплеях
компьютеров, радиолокаторах, медицинской аппаратуре.
В кинескопах телевизоров вместо отклоняющих пластин используют магнитные
отклоняющие катушки. Магнитное поле одной пары катушек вызывает отклонение
электронного пучка по горизонтали, второй пары катушек — по вертикали.
Периодичность изменения силы тока в катушках вызывают изменения магнитных полей,
в результате которых электронный пучок за
1
с пробегает по экрану слева
25
направо 625 раз. Кадры сменяют друг друга с частотой 25 кадров в секунду, что
воспринимается человеческим глазом как непрерывное движение.
Для получения цветных изображений вместо одной пушки необходимо
применять три, которые передают сигналы трех одноцветных изображений — красного,
синего и зеленого цвета. Экран кинескопа покрывается кристаллами люминофора трех
сортов, которые под действием электронного пучка светятся соответственно красным,
синим и зеленым светом. Смешением этих цветов можно получить всю цветовую гамму
красок и оттенков.
Закрепление:
Для закрепления материала демонстрируется видеофильм по теме «Термоэлектронная
эмиссия. Электронно-лучевая трубка.
Домашнее задание:
§46
Ответить на все вопросы в конце параграфа
Подготовиться к уроку решения задач по теме «Электрический ток в газах
вакууме»
и
Конспект ученика:
Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия.
Электронно-лучевая трубка
Термоэлектронная эмиссия – явление испускания веществом электронов при нагревании.
Простейшим прибором, работа которого основана на явлении
термоэлектронной эмиссии является вакуумный диод.
Вакуумный диод является нелинейным элементом, а, значит,
обладает односторонней проводимостью.
Используется в изготовлении выпрямителей.
Прибор, в котором используется пучок электронов, свободно летящих в пространстве за
анодом, называется электронно-лучевой трубкой.
ЭЛТ нашли широкое применение в осциллографах, дисплеях компьютеров, медицинской
аппаратуре.