Юный техник 1961-10, страница 31

достаточную, чтобы преодолеть внутриатомные силы, удерживающие их внутри катода, и вырваться на свободу. Энергию, необходимую для этого вылета (эмиссии) электронов, физики назвали «работой выхода».

Если к аноду подключить «плюс» внешнего напряжения, он будет притягивать к себе летящие от катода электроны; если «минус» — отталкивать Между анодом и катодом можно подключить напряжение переменного тока. Тогда диод будет служить выпрямителем, пропускать ток только в одном направлении — от катода к аноду — и только в те моменты, когда на аноде оказывается «плюс» внешнего напряжения.

Однако в схеме, которую вы видите здесь, есть одна существенная подробность, которая создает принципиальное отличие прибора от обычного диода. Между анодом и катодом нет источника электрического напряжения, который создал бы ускоряющее поле для электронов, вылетевших из катода. Вместо него включена лампочка Но смогут ли электроны достигать анода и без напряжения между анодом и катодом, за счет тепловой энергии, сообщаемой электронам? (Тогда удалось бы непосредственно преобразовать тепловую энергию в электрическую!)

ЗАГОРИТСЯ ЛИ ЛАМПОЧКА?

В принципе — да.

Но практически такой преобразователь, работающий на «чистых» электронах, оказывается непригодным. Он дает ничтожно малый кпд.

И вот, чтобы повысить его эффективность, ученые решили смешать электроны с положительными ионами.

Какие физические процессы должны происходить при этом?

Стартовый пункт — катод (см. цветную вкладку I), финиш — анод, потребитель электроэнергии — электромотор. Для наглядности мы решили провести аналогию и представить «работу выхода» электронов в виде преодоления какой-то горы. Ведь подъем на какую-то высоту — работа всем знакомая. Подъем наших «путешественников», который приходится преодолеть, чтобы добраться от катода к аноду, изображает на рисунке величину энергии электронов от точки к точке.

Стартовать электронам приходится с очень низкого уровня энергии катода (низина у подножия горы), а финишировать на сравнительно высоком уровне энергии анода (противоположный склон горы). Электроны, достигнувшие уровня энергии анода, могут отдать приобретенную энергию электромотору. Разность между энергиями электронов в катоде и в аноде является очень важным условием работы нашего (назовем его «термоионным») преобразователя.

Хотя электроны, находящиеся внутри металлов, перемещаются гораздо свободнее, чем в полупроводниках и в изоляторах, но энергия их все же не может превышать некоторую максимальную величину. Максимально возможная в металле энергия электронов при температуре абсолютного нуля называется «уровнем Ферми». У разных металлов эти уровни разные.

Если металлы для катода и анода подобрать так, что у них окажется большая разность энергии между уровнями Ферми, то

89