Номер 1, страница 123, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

1. Объясните особенности вольтамперной характеристики вакуумного диода. Почему диод обладает односторонней проводимостью?

1. Объясните особенности вольтамперной характеристики вакуумного диода. Почему диод обладает односторонней проводимостью?

Вольтамперная характеристика (ВАХ) вакуумного диода — это зависимость силы анодного тока $I_а$ от напряжения $U_а$ между анодом и катодом. Эта характеристика является нелинейной и имеет несколько ключевых особенностей, которые определяют работу диода.

Особенности вольтамперной характеристики:

1. Начальный участок (область пространственного заряда). При подаче небольшого положительного напряжения на анод ($U_а > 0$), ток в диоде начинает расти. Однако вблизи горячего катода образуется облако избыточных электронов (пространственный заряд), которое своим полем отталкивает другие электроны, вылетающие из катода. Это ограничивает рост тока. На этом участке зависимость анодного тока от напряжения описывается законом Чайлда-Ленгмюра (закон степени трех вторых): $I_а \sim U_а^{3/2}$.

2. Участок насыщения. По мере увеличения анодного напряжения $U_а$, его притягивающее действие становится настолько сильным, что все без исключения электроны, испускаемые катодом, устремляются к аноду. Ток достигает своего максимального значения, называемого током насыщения $I_{нас}$. Дальнейшее увеличение анодного напряжения не приводит к росту тока, так как его величина теперь ограничена исключительно эмиссионной способностью катода (то есть его температурой).

3. Участок запирания. Если на анод подать отрицательное напряжение относительно катода ($U_а < 0$), то электрическое поле между электродами будет тормозить и отталкивать электроны обратно к катоду. В результате ток через диод практически равен нулю.

Причина односторонней проводимости:

Односторонняя проводимость диода является его фундаментальным свойством и прямо следует из его устройства и принципа работы.

Источником свободных носителей заряда (электронов) в вакуумном диоде является только разогретый катод, который испускает их в процессе термоэлектронной эмиссии. Холодный анод электроны не испускает.

• Если к аноду приложено положительное напряжение (прямое смещение), он создает электрическое поле, которое притягивает отрицательно заряженные электроны. Электроны движутся от катода к аноду, и в цепи течет электрический ток.

• Если к аноду приложено отрицательное напряжение (обратное смещение), он создает поле, которое отталкивает электроны. Движение электронов к аноду становится невозможным. Поскольку анод сам не является источником электронов, ток через диод не течет.

Таким образом, вакуумный диод эффективно пропускает ток только в одном направлении — когда анод положителен по отношению к катоду, что и называется односторонней проводимостью.

Ответ: Вольтамперная характеристика вакуумного диода нелинейна и состоит из трех участков: начального, где ток ограничен пространственным зарядом и растет по закону $I_а \sim U_а^{3/2}$; участка насыщения, где ток постоянен и ограничен температурой катода; и участка запирания, где при отрицательном анодном напряжении ток равен нулю. Односторонняя проводимость обусловлена тем, что электроны испускаются только горячим катодом и могут двигаться к аноду, только если он имеет положительный потенциал, создавая притягивающее поле. При отрицательном потенциале анода электроны отталкиваются, и ток не течет.