Номер 4, страница 167 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

4. Что называют вакуумным диодом? Как он устроен и как работает?

4. Решение

Что называют вакуумным диодом?

Вакуумный диод — это двухэлектродный электровакуумный прибор, работа которого основана на явлении термоэлектронной эмиссии. Его ключевое свойство — односторонняя проводимость, то есть способность пропускать электрический ток только в одном направлении. Исторически это был первый тип диода, и он широко применялся для выпрямления переменного тока в различной аппаратуре.

Как он устроен?

Вакуумный диод состоит из следующих основных частей, размещенных в герметичной стеклянной или металлической колбе, из которой откачан воздух (создан глубокий вакуум):

1. Катод — отрицательный электрод. Его задача — испускать (эмитировать) электроны при нагреве. Катоды бывают двух типов: - Катод прямого накала: представляет собой нить из вольфрама или другого тугоплавкого металла, которая сама разогревается при пропускании через неё электрического тока (тока накала). - Катод косвенного накала: представляет собой металлический цилиндр (часто с оксидным покрытием для улучшения эмиссии), внутри которого расположена изолированная нить накала (подогреватель). Ток, проходя через нить накала, разогревает её, а та, в свою очередь, нагревает катод до температуры, достаточной для эмиссии электронов. Этот тип катода наиболее распространен.

2. Анод (или пластина) — положительный электрод. Обычно он имеет форму металлического цилиндра или пластины, которая окружает катод на некотором расстоянии. Его задача — собирать электроны, испущенные катодом.

3. Колба — герметичный корпус, обеспечивающий вакуум внутри прибора, что необходимо для свободного движения электронов от катода к аноду без столкновений с молекулами газа.

4. Выводы (цоколь) — металлические штырьки, соединенные с электродами и нитью накала для подключения диода к внешней электрической цепи.

Как он работает?

Принцип действия вакуумного диода основан на явлении термоэлектронной эмиссии — испускании электронов нагретыми телами в вакууме.

1. На нить накала подается напряжение от отдельного источника питания. Протекающий ток разогревает катод до высокой температуры (сотни градусов Цельсия). В результате с поверхности катода в окружающее вакуумное пространство начинают вылетать электроны. Вокруг катода образуется облако свободных электронов, называемое пространственным зарядом.

2. Далее возможны два случая в зависимости от полярности напряжения, приложенного между анодом и катодом (анодного напряжения):

- Прямое включение: Если на анод подать положительный потенциал относительно катода (подключить анод к «+» источника, а катод к «-»), то созданное электрическое поле будет притягивать к аноду отрицательно заряженные электроны из пространственного облака. Электроны устремляются к аноду, поглощаются им, и в цепи возникает электрический ток, называемый анодным током. Диод находится в открытом состоянии и пропускает ток.

- Обратное включение: Если на анод подать отрицательный потенциал относительно катода, то электрическое поле между анодом и катодом будет отталкивать электроны обратно к катоду и препятствовать их движению к аноду. Электроны не могут достичь анода, и анодный ток в цепи практически отсутствует (в идеале равен нулю). Диод находится в запертом состоянии и не пропускает ток.

Таким образом, вакуумный диод обладает односторонней проводимостью: он пропускает ток только тогда, когда анод положителен по отношению к катоду, и блокирует его при обратной полярности. Это свойство позволяет использовать его для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный (процесс выпрямления).

Ответ:

Вакуумный диод — это двухэлектродная (катод и анод) вакуумная лампа, обладающая односторонней проводимостью. Его устройство включает вакуумированную колбу, внутри которой находятся катод, который при нагреве нитью накала испускает электроны (явление термоэлектронной эмиссии), и анод, который их собирает. Принцип работы заключается в следующем: если анод положителен относительно катода, он притягивает электроны, и через диод течет ток; если анод отрицателен, он отталкивает электроны, и ток не течет. Это свойство используется для выпрямления переменного тока.