Знакомство с техническими объектами, страница 180 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 10. Электрический ток в газах, вакууме и полупроводниках. Параграф 49. Электрический ток в вакууме. Вопросы - страница 180.

Условие.

Знакомство с техническими объектами

На рис. 154 изображена схема вакуумного прибора – диода. Он состоит из стеклянного баллона, в котором находятся два электрода: анод А и катод К. Анод изготовлен из металлической пластины, катод — из тонкой металлической проволоки, свёрнутой в спираль. Концы спирали укреплены на металлических стержнях, имеющих два вывода для подключения в электрическую цепь. Если соединить выводы катода с источником тока, можно с помощью тока нагревать проволочную спираль катода до высокой температуры. Проволочную спираль, нагреваемую электрическим током, называют нитью накала.

Допустим, нить накала не подключена к источнику тока. Если замкнуть ключ, то стрелка миллиамперметра не изменит своего положения (см. рис. 154). В схеме указано напряжение 250 В и ток $I = 0$.

а) Объясните наблюдаемое явление.

б) Что необходимо изменить в электрической цепи, чтобы в ней возник электрический ток? Нарисуйте электрическую цепь.

Рис. 154

Решение.

а) В представленной электрической цепи миллиамперметр показывает нулевой ток ($I = 0$), потому что для протекания тока через вакуумный диод необходимо наличие свободных носителей заряда (электронов) в пространстве между катодом (К) и анодом (А). Электроны в вакуумном диоде испускаются катодом в результате явления термоэлектронной эмиссии, то есть при его нагревании до высокой температуры. В данной схеме нить накала катода не подключена к источнику тока, поэтому катод остается холодным и не испускает электроны. Без свободных электронов вакуум между электродами является диэлектриком (изолятором), и ток через диод течь не может, несмотря на приложенное высокое напряжение между анодом и катодом.

Ответ: Наблюдаемое явление (отсутствие тока) объясняется тем, что холодный катод не испускает электроны, а без свободных носителей заряда электрический ток в вакууме невозможен.

б) Чтобы в цепи возник электрический ток, необходимо обеспечить эмиссию электронов с катода. Для этого нужно нагреть катод. Это достигается путем подключения его нити накала к отдельному источнику питания. Таким образом, в схему необходимо добавить цепь накала, которая будет подавать напряжение на выводы катода и нагревать его. Когда катод нагреется и начнет испускать электроны, эти электроны под действием электрического поля, создаваемого источником напряжения 250 В, устремятся к положительно заряженному аноду, создавая в цепи электрический ток (анодный ток), который зарегистрирует миллиамперметр.

Измененная электрическая цепь будет выглядеть следующим образом:

Ответ: Необходимо подключить нить накала катода к отдельному источнику питания, чтобы нагреть катод и вызвать термоэлектронную эмиссию. Схема цепи приведена выше.