Номер 2, страница 394 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 118. Электрический ток в вакууме. Электронно-лучевая трубка. Глава 16. Электрический ток в различных средах - номер 2, страница 394.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Наблюдается ли термоэлектронная эмиссия в диэлектриках?

Термоэлектронная эмиссия — это явление испускания электронов с поверхности твердого тела или жидкости при их нагревании. Для того чтобы электрон покинул поверхность, его тепловая энергия должна превысить определенную величину, называемую работой выхода $A_{вых}$.

В металлах имеется большое количество свободных электронов (так называемый «электронный газ»). При нагревании металла кинетическая энергия этих электронов возрастает, и наиболее быстрые из них могут преодолеть потенциальный барьер на границе металла и вакуума, покинув поверхность. Поэтому для металлов термоэлектронная эмиссия является характерным и легко наблюдаемым явлением.

В диэлектриках (изоляторах) ситуация принципиально иная. При нормальных условиях в них практически нет свободных электронов. Электроны прочно связаны с атомами в кристаллической решетке и находятся в валентной зоне. Чтобы электрон стал свободным, ему необходимо сообщить энергию, достаточную для перехода через широкую запрещенную зону в зону проводимости. Только после этого он может быть эмитирован с поверхности, если его энергия окажется достаточной для преодоления работы выхода.

Следовательно, для наблюдения термоэлектронной эмиссии в диэлектриках требуются значительно более высокие температуры, чем для металлов. При таких температурах электроны могут приобрести энергию, достаточную для преодоления и запрещенной зоны, и работы выхода. Однако эмиссионный ток при этом будет очень слабым. Кроме того, большинство диэлектриков при температурах, необходимых для заметной эмиссии, расплавятся или подвергнутся химическому разложению.

Тем не менее, существуют так называемые оксидные катоды, которые широко применяются в электронных лампах. Они состоят из оксидов щелочноземельных металлов (например, оксида бария), которые по своей природе являются диэлектриками или полупроводниками. Эти материалы обладают низкой работой выхода и способны обеспечивать интенсивную термоэлектронную эмиссию при относительно невысоких температурах (около 1000 K).

Ответ: Да, термоэлектронная эмиссия в диэлектриках наблюдается, но для этого требуются значительно более высокие температуры по сравнению с металлами. Эмиссия, как правило, очень слабая, поскольку в диэлектриках мало свободных носителей заряда, и электронам для выхода нужно преодолеть не только работу выхода, но и широкую запрещенную зону.