Эмиссия электронов

[aka_Artiom]

Добрый день. Возник вопрос, что происходит с эмиттером электронов (например, подогревный катод в вакуумных лампах) при термоэлектронной эмиссии? Ионы в катоде так и остаются на своих местах в кристаллической решетке? Сколько электронов может отдать атом (только с валентной оболочки?)?
И второй вопрос, происходит ли деградация параметров полупроводниковых приборов, ведь, по сути, там происходит такой же процесс (протекание свободных электронов)?
Внятных объяснений я не нашел в литературе.
Сорри, если вопрос глупо поставлен, но в свои 20 я профан в физике.

[gris]

Так вроде бы к катоду припаивается провод, по которому новые электроны поступают на катод взамен эмитированных.

[Munin]

aka_Artiom в сообщении #599189 писал(а):

Ионы в катоде так и остаются на своих местах в кристаллической решетке?

Да, конечно. Но поскольку это металл, то заряд распределяется по всему кристаллу, а не остаётся у отдельных ионов. (Кстати, при этом остаётся у поверхности.)

aka_Artiom в сообщении #599189 писал(а):

Сколько электронов может отдать атом (только с валентной оболочки?)?

Вот, обычно, сколько у него есть на верхнем уровне, столько и отдаёт. Но это имеет очень мало отношения к термоэлектронной эмиссии, поскольку количество электронов, которое может отдать кристалл, по такому подсчёту - огромное (один моль электронов - 96 килокулон). Термоэмиссия прекращается на много порядков раньше.

aka_Artiom в сообщении #599189 писал(а):

И второй вопрос, происходит ли деградация параметров полупроводниковых приборов, ведь, по сути, там происходит такой же процесс (протекание свободных электронов)?

Деградация полупроводниковых приборов происходит, но другим и более сложным образом.

aka_Artiom в сообщении #599189 писал(а):

Внятных объяснений я не нашел в литературе.
Сорри, если вопрос глупо поставлен, но в свои 20 я профан в физике.

Познакомьтесь с началами физики твёрдого тела, например, по книге школьного уровня
Зильберман "Электричество и магнетизм".
Там рассказано, в том числе, и про термоэмиссию.
Учебники вузовского уровня не рекомендую, поскольку они требуют подготовки.

-- 25.07.2012 19:46:32 --

gris в сообщении #599204 писал(а):

Так вроде бы к катоду припаивается провод, по которому новые электроны поступают на катод взамен эмитированных.

Даже с изолированного куска металла термоэмиссия некоторое время идёт. Пока он не зарядится настолько, чтобы тянуть эмиттированные электроны обратно.

[aka_Artiom]

gris в сообщении #599204 писал(а):

Так вроде бы к катоду припаивается провод, по которому новые электроны поступают на катод взамен эмитированных.

Если количество электронов остается постоянным, то почему тогда происходит уменьшение количества испускаемых электронов в течении работы ламп, кинескопов и проч.?

[gris]

От постоянного нагрева катод, наверное, потихоньку испаряется, то есть атомы металла его покидают, осаждаются где попало и в конце концов нарушают характеристики устройства. А деградация полупроводников происходит, возможно, от диффузии, усиливаемой нагревом.
Катод может к тому же адсорбировать газы, оставшиеся или попавшие в лампу, окисляться, изменять поверхность.
Мне кажется, что это вопрос не столько физический, сколько технологический. В различных устройствах свои требования к конструктивным элементам. Они могут быть очень жёсткими. Например, поверхность катода должна иметь определённую гладкость, толщину напыления, ещё что-то. При эксплуатации поверхность трескается, покрывается выступами, напыление испаряется и так далее. Кроме этого изменяется состав внутриприборного газа. Там же не может быть абсолютный вакуум. А характеристики устройства могут быть чувствительны к этим микроизменениям. Эмиссия может даже и нештатно увеличиваться, приводя к каким-нибудь микроразрядам.

[Munin]

aka_Artiom в сообщении #599209 писал(а):

Если количество электронов остается постоянным, то почему тогда происходит уменьшение количества испускаемых электронов в течении работы ламп, кинескопов и проч.?

А оно разве происходит? Почему-то кинескопы работают по 10 лет без проблем (а у старых телевизоров - и по 30-40). Радиолампы тоже пашут, пока не перегорают.

Вам про "уменьшение количества электронов" на каком-нибудь аудиофильском форуме лапши на уши навешали?

gris в сообщении #599211 писал(а):

А деградация полупроводников происходит, возможно, от диффузии, усиливаемой нагревом.

Верно, только деградация касается в основном не полупроводников, а металлических межсоединений, при нагреве неплохо растворяющихся в окружающем изоляторе.

[gris]

Я думаю, что в бытовых приборах эта самая деградация несущественна, либо некритична для их работы.
Наверняка где-то применяются вакуумные приборы, работающие в особенных условиях, при огромных анодных токах и напряжениях, либо к ним предъявляются сверхвысокие требования по точности. И там и деградация, и её последствия существенны.
Впрочем, это мои праздные домыслы

[Munin]

gris в сообщении #599281 писал(а):

Я думаю, что в бытовых приборах эта самая деградация несущественна, либо некритична для их работы.

После того, как разработчики с ней поборолись, - то да, конечно. Хотя изрядная доля ограничений срока службы электронных полупроводниковых приборов может быть вызвана именно ею.

[aka_Artiom]

С физической точки зрения не скажу, а с точки зрения электроники в современных телевизорах есть схемы автоматической регулировки уровня черного, предназначенные в т. числе и для компенсации старения ЭЛТ. Кроме того, существуют приборы для проверки уровня эмиссии ламп.
Имхо, одним отравлением катода не объяснить старение, тем более, что в лампах есть геттер, который должен поглощать возможные газы.

[Munin]

В современных может быть. А как насчёт телевизоров 30-летней давности выпуска?

В принципе, не спорю, деградация электронновакуумных приборов может быть, и скорее всего, имеет сложную природу - ещё более сложную, чем те базовые знания о строении металлов и эмиссии электронов, владение которыми топикстартер не продемонстировал с первых сообщений. Не буду спорить, я не технолог.

[aka_Artiom]

Так спорить и я не буду, поскольку выводы-то были сделаны исходя из имеющихся знаний. Может дело, все-таки в испарении материала катода? Все таки 600-800°C не шутки?

[Munin]

Даже если он и испаряется, гладкая поверхность, скорее всего, сохраняется. Вот анод, напротив, подвергается бомбардировке, и получается изрытым и издырявленным.

[Alexandr007]

Munin в сообщении #599309 писал(а):

Даже если он и испаряется, гладкая поверхность, скорее всего, сохраняется.

Там покрытие, с малой энергией выхода, которое может деградировать со временем, например окислятся. Есть способ "восстановления" эмиссии, который сводится к перегреву катода, но помогает не на долго.

[Munin]

Окисляться обо что???

[Alexandr007]

Munin в сообщении #599385 писал(а):

Окисляться обо что?

Об кислород, проникающий в лампу. Впрочем я совершенно не уверен, может с азотом соединяется.