Електричний струм у вакуумі. Електронно-вакуумні пристрої

Фізика 9 клас | § 6 | Підручник Бар'яхтар, 2026

Що таке вакуум?

Визначення

Вакуум — стан газу, за якого тиск менший від атмосферного. Розрізняють низький, середній і високий вакуум.

Високий вакуум

Середня довжина вільного пробігу молекул більша за розміри посудини — молекули майже не зіштовхуються між собою.

Навіщо потрібен вакуум?

Без нього електрони зіштовхувалися б із молекулами газу й не могли б розганятися до великих швидкостей.

Умови існування електричного струму у вакуумі

Що потрібно для струму?

Вільні заряджені частинки + електричне поле — обидві умови обов'язкові.

Проблема вакууму

У вакуумі немає вільних носіїв заряду — їх потрібно «отримати» штучно.

Роль металів

Найбільша концентрація вільних електронів — у металах, але за кімнатної температури вони не можуть покинути метал через кулонівське притягання до позитивних іонів.

Робота виходу та термоелектронна емісія

Робота виходу — енергія, яку необхідно затратити електрону, щоб покинути поверхню металу. Якщо кінетична енергія електрона перевищує або дорівнює роботі виходу — він покидає метал і стає вільним.

Термоелектронна емісія — процес випромінювання електронів нагрітими тілами. Нагрітий катод безперервно випускає електрони, і навколо нього утворюється електронна хмара.

Електричний струм у вакуумі

Електричний струм у вакуумі — це напрямлений рух вільних електронів, отриманих у результаті електронної емісії. У скляний балон поміщають катод і анод та відкачують повітря.

Вакуумний діод: будова

Скляний балон

Герметичний корпус, з якого відкачане повітря — забезпечує вакуумне середовище для роботи пристрою.

Катод

Нагрівається ниткою розжарення, підключений до «−» джерела. Випускає електрони внаслідок термоемісії.

Анод

Холодний металевий циліндр, підключений до «+» джерела. Збирає електрони, що летять від катода.

Однобічна провідність вакуумного діода

Вольт-амперна характеристика: при прямому ввімкненні струм швидко зростає; при зворотному — I = 0.

🔛 Пряме ввімкнення

Катод «−», анод «+»: електрони рухаються від катода до анода → струм є.

🔇 Зворотне ввімкнення

Катод «+», анод «−»: електрони відкидаються полем назад на катод → струму немає.

Застосування вакуумного діода

1

Випрямлення змінного струму

Діод пропускає лише позитивні напівперіоди — змінний струм перетворюється на пульсуючий постійний.

2

Тріод — підсилення сигналів

Між катодом і анодом додається сітка: незначна зміна напруги на сітці суттєво змінює анодний струм, що дозволяє підсилювати слабкі електричні сигнали.

3

Сучасний стан

Вакуумні діоди здебільшого замінені напівпровідниковими, але ще застосовуються у спеціалізованій техніці.

Рентгенівська трубка та електронно-променева трубка

Рентгенівська трубка

Гарячий катод випромінює електрони → розганяються потужним електричним полем → при гальмуванні об анод виникають рентгенівські промені, що дозволяють отримати зображення кісток і внутрішніх органів.

Електронно-променева трубка (ЕПТ)

Електронна «гармата» → фокусуюча система → відхиляючі пластини → екран, що світиться. ЕПТ — основа перших телевізорів та осцилографів.

Підсумок: ключові поняття

1

Вакуум

Газ, розріджений до тиску нижче атмосферного; молекули майже не зіштовхуються.

2

Термоелектронна емісія

Випускання електронів нагрітими тілами — головне джерело носіїв заряду у вакуумі.

3

Струм у вакуумі

Напрямлений рух електронів, отриманих внаслідок емісії з нагрітого катода.

4

Вакуумний діод

Однобічна провідність; застосовується для випрямлення змінного струму.

5

Рентгенівська трубка & ЕПТ

Практичне застосування струму у вакуумі в медицині та електроніці.

Джерела

Плани-конспекти уроків по фізиці

Електричний струм у вакуумі — osvita.ukr-lit.com

Фізика 9 клас Бар'яхтар 2026 (НУШ)

Підручник §6, стор. 47–50 — studfile.net