ઇલેક્ટ્રોનના સ્ત્રોતો, ઇલેક્ટ્રોન રેડિયેશનના પ્રકારો, આયનીકરણના કારણો

ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના સંચાલનના સિદ્ધાંતોને સમજવા અને સમજાવવા માટે, નીચેના પ્રશ્નનો જવાબ આપવો જરૂરી છે: ઇલેક્ટ્રોન કેવી રીતે અલગ પડે છે? અમે આ લેખમાં જવાબ આપીશું.

આધુનિક સિદ્ધાંત મુજબ, અણુમાં ન્યુક્લિયસનો સમાવેશ થાય છે, જેમાં સકારાત્મક ચાર્જ હોય ​​છે અને તે અણુના લગભગ સમગ્ર સમૂહમાં કેન્દ્રિત હોય છે, અને ન્યુક્લિયસની આસપાસ સ્થિત નકારાત્મક ચાર્જ ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. એકંદરે અણુ વિદ્યુત રીતે તટસ્થ છેતેથી, ન્યુક્લિયસનો ચાર્જ આસપાસના ઇલેક્ટ્રોનના ચાર્જ જેટલો હોવો જોઈએ.

બધા રસાયણો પરમાણુઓથી બનેલા હોવાથી, અને પરમાણુઓ અણુઓથી બનેલા હોવાથી, ઘન, પ્રવાહી અથવા વાયુયુક્ત સ્થિતિમાં કોઈપણ પદાર્થ ઇલેક્ટ્રોનનો સંભવિત સ્ત્રોત છે. વાસ્તવમાં, ઇલેક્ટ્રોનના સ્ત્રોત તરીકે ટેકનિકલ ઉપકરણોમાં પદાર્થની ત્રણેય એકંદર અવસ્થાનો ઉપયોગ થાય છે.

ઇલેક્ટ્રોનનો ખાસ કરીને મહત્વનો સ્ત્રોત ધાતુઓ છે, જેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે આ હેતુ માટે વાયર અથવા રિબનના રૂપમાં થાય છે.

પ્રશ્ન ઊભો થાય છે: જો આવા ફિલામેન્ટમાં ઇલેક્ટ્રોન હોય છે અને જો આ ઇલેક્ટ્રોન પ્રમાણમાં મુક્ત હોય, એટલે કે, તેઓ ધાતુની અંદર વધુ કે ઓછા મુક્તપણે ખસેડી શકે છે (કે આ ખરેખર કેસ છે, અમને ખાતરી છે કે ખૂબ જ નાનો સંભવિત તફાવત પણ, આવા થ્રેડના બંને છેડા પર લગાડવામાં આવે તો તેની સાથે ઇલેક્ટ્રોનના પ્રવાહને દિશામાન કરે છે), તો પછી શા માટે ઇલેક્ટ્રોન મેટલમાંથી ઉડતા નથી અને સામાન્ય સ્થિતિમાં ઇલેક્ટ્રોનનો સ્ત્રોત નથી બનાવતા? આ પ્રશ્નનો સરળ જવાબ પ્રાથમિક ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક સિદ્ધાંતના આધારે આપી શકાય છે.

ધારો કે ઇલેક્ટ્રોન મેટલ છોડી દે છે. પછી ધાતુએ સકારાત્મક ચાર્જ મેળવવો જોઈએ. વિપરીત ચિહ્નોના ચાર્જ એકબીજાને આકર્ષિત કરે છે, તેથી ઇલેક્ટ્રોન ફરીથી ધાતુ તરફ આકર્ષિત થશે સિવાય કે અમુક બાહ્ય પ્રભાવ આને અટકાવે.

ધાતુમાં રહેલા ઇલેક્ટ્રોનને ધાતુને છોડવા માટે પૂરતી ઊર્જા આપી શકાય તેવી ઘણી રીતો છે:

1. થર્મિઓનિક રેડિયેશન

થર્મિઓનિક રેડિયેશન એ અગ્નિથી પ્રકાશિત શરીરમાંથી ઇલેક્ટ્રોનનું ઉત્સર્જન છે. થર્મિઓનિક રેડિયેશનનો અભ્યાસ ઘન પદાર્થોમાં અને ખાસ કરીને ધાતુઓ અને સેમિકન્ડક્ટર્સમાં ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો અને ગરમીથી વીજળી કન્વર્ટરના થર્મિઓનિક કેથોડ્સ માટે સામગ્રી તરીકે તેમના ઉપયોગના સંદર્ભમાં કરવામાં આવ્યો છે.

જ્યારે સફેદ ગરમીથી ઉપરના તાપમાને ગરમ થાય છે ત્યારે શરીરમાંથી નકારાત્મક વીજળી ગુમાવવાની ઘટના 18મી સદીના અંતથી જાણીતી છે. વી.વી. પેટ્રોવ (1812), થોમસ એડિસન (1889) અને અન્યોએ આ ઘટનાના સંખ્યાબંધ ગુણાત્મક કાયદા સ્થાપિત કર્યા. 1930 સુધીમાં, ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા, શરીરનું તાપમાન અને કાર્ય કાર્ય વચ્ચેના મુખ્ય વિશ્લેષણાત્મક સંબંધો નક્કી કરવામાં આવ્યા હતા.

જ્યારે તેના છેડા પર વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે ત્યારે ફિલામેન્ટમાંથી વહેતો પ્રવાહ ફિલામેન્ટને ગરમ કરે છે. જ્યારે ધાતુનું તાપમાન પૂરતું ઊંચું હોય છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોન ધાતુની સપાટી છોડીને આસપાસની જગ્યામાં ભાગી જાય છે.

આ રીતે વપરાતી ધાતુને થર્મિઓનિક કેથોડ કહેવામાં આવે છે, અને આ રીતે ઇલેક્ટ્રોનનું પ્રકાશન થર્મિઓનિક રેડિયેશન કહેવાય છે. થર્મિઓનિક રેડિયેશનનું કારણ બનેલી પ્રક્રિયાઓ પ્રવાહીની સપાટી પરથી પરમાણુઓના બાષ્પીભવનની પ્રક્રિયાઓ જેવી જ હોય ​​છે.

બંને કિસ્સાઓમાં, થોડું કામ કરવું આવશ્યક છે. પ્રવાહીના કિસ્સામાં, આ કાર્ય બાષ્પીભવનની સુપ્ત ગરમી છે, જે પદાર્થના એક ગ્રામને પ્રવાહીમાંથી વાયુ સ્થિતિમાં બદલવા માટે જરૂરી ઊર્જા જેટલી છે.

થર્મિઓનિક રેડિયેશનના કિસ્સામાં, કહેવાતા વર્ક ફંક્શન એ ધાતુમાંથી એક ઇલેક્ટ્રોનને બાષ્પીભવન કરવા માટે જરૂરી ન્યૂનતમ ઊર્જા છે. અગાઉ રેડિયો એન્જિનિયરિંગમાં વપરાતા વેક્યુમ એમ્પ્લીફાયરમાં સામાન્ય રીતે થર્મિઓનિક કેથોડ્સ હતા.

2. ફોટોએમિશન

વિવિધ સામગ્રીઓની સપાટી પર પ્રકાશની ક્રિયા પણ ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત થવામાં પરિણમે છે. પ્રકાશ ઉર્જાનો ઉપયોગ પદાર્થના ઇલેક્ટ્રોનને જરૂરી વધારાની ઉર્જા પ્રદાન કરવા માટે થાય છે જેથી તેઓ ધાતુને છોડી શકે.

આ પદ્ધતિમાં ઈલેક્ટ્રોનના સ્ત્રોત તરીકે વપરાતી સામગ્રીને ફોટોવોલ્ટેઈક કેથોડ કહેવામાં આવે છે અને ઈલેક્ટ્રોન છોડવાની પ્રક્રિયા તરીકે ઓળખાય છે. ફોટોવોલ્ટેઇક અથવા ફોટોઇલેક્ટ્રોન ઉત્સર્જન… ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત કરવાની આ રીત ઇલેક્ટ્રીક આંખનો આધાર છે- ફોટોસેલ.

3. ગૌણ ઉત્સર્જન

જ્યારે કણો (ઇલેક્ટ્રોન અથવા સકારાત્મક આયનો) ધાતુની સપાટી પર પ્રહાર કરે છે, ત્યારે આ કણોની ગતિ ઊર્જાનો ભાગ અથવા તેમની તમામ ગતિ ઊર્જા ધાતુના એક અથવા વધુ ઇલેક્ટ્રોનમાં સ્થાનાંતરિત થઈ શકે છે, જેના પરિણામે તેઓ છોડવા માટે પૂરતી ઊર્જા મેળવે છે. મેટલ આ પ્રક્રિયાને ગૌણ ઇલેક્ટ્રોન ઉત્સર્જન કહેવામાં આવે છે.

4. ઓટોઈલેક્ટ્રોનિક ઉત્સર્જન

જો ધાતુની સપાટીની નજીક ખૂબ જ મજબૂત વિદ્યુત ક્ષેત્ર હોય, તો તે ઇલેક્ટ્રોનને ધાતુથી દૂર ખેંચી શકે છે. આ ઘટનાને ક્ષેત્ર ઉત્સર્જન અથવા ઠંડા ઉત્સર્જન કહેવામાં આવે છે.

મર્ક્યુરી એકમાત્ર ધાતુ છે જેનો વ્યાપકપણે ફીલ્ડ એમિશન કેથોડ તરીકે ઉપયોગ થાય છે (જૂના પારાના રેક્ટિફાયર્સમાં). મર્ક્યુરી કેથોડ્સ ખૂબ ઊંચી વર્તમાન ઘનતાને મંજૂરી આપે છે અને 3000 kW સુધીના રેક્ટિફાયર્સની ડિઝાઇનને સક્ષમ કરે છે.

વાયુયુક્ત પદાર્થમાંથી ઇલેક્ટ્રોન પણ ઘણી રીતે મુક્ત થઈ શકે છે. જે પ્રક્રિયા દ્વારા અણુ ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે તેને આયનીકરણ કહેવામાં આવે છે.… એક અણુ કે જેણે ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવ્યું હોય તેને ધન આયન કહેવાય છે.

આયનીકરણ પ્રક્રિયા નીચેના કારણોસર થઈ શકે છે:

1. ઇલેક્ટ્રોનિક તોપમારો

ગેસથી ભરેલા લેમ્પમાં મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન, વિદ્યુત ક્ષેત્રને કારણે, ગેસના પરમાણુ અથવા અણુને આયનીકરણ કરવા માટે પૂરતી ઊર્જા પ્રાપ્ત કરી શકે છે. આ પ્રક્રિયામાં હિમપ્રપાતનું પાત્ર હોઈ શકે છે, કારણ કે અણુમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને પછાડ્યા પછી, ભવિષ્યમાં બંને ઇલેક્ટ્રોન, જ્યારે તેઓ ગેસના કણો સાથે અથડાય છે, ત્યારે નવા ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત કરી શકે છે.

પ્રાથમિક ઇલેક્ટ્રોન ઉપર ચર્ચા કરેલ કોઈપણ પદ્ધતિ દ્વારા ઘનમાંથી મુક્ત થઈ શકે છે, અને ઘન ની ભૂમિકા શેલ જેમાં ગેસ બંધાયેલ છે અને દીવાની અંદર સ્થિત કોઈપણ ઈલેક્ટ્રોડ બંને દ્વારા ભજવી શકાય છે.પ્રાથમિક ઇલેક્ટ્રોન પણ ફોટોવોલ્ટેઇક રેડિયેશન દ્વારા પેદા કરી શકાય છે.

2. ફોટોઇલેક્ટ્રિક આયનીકરણ

જો ગેસ દૃશ્યમાન અથવા અદ્રશ્ય કિરણોત્સર્ગના સંપર્કમાં આવે છે, તો તે કિરણોત્સર્ગની ઊર્જા કેટલાક ઇલેક્ટ્રોનને પછાડવા માટે પૂરતી (જ્યારે અણુ દ્વારા શોષાય છે) હોઈ શકે છે. આ મિકેનિઝમ ચોક્કસ પ્રકારના ગેસ ડિસ્ચાર્જમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. વધુમાં, ગેસમાંથી ઉત્તેજિત કણોના ઉત્સર્જનને કારણે ગેસમાં ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર થઈ શકે છે.

3. હકારાત્મક આયન બોમ્બાર્ડમેન્ટ

ઇલેક્ટ્રોન બોમ્બાર્ડમેન્ટના કિસ્સામાં, તટસ્થ ગેસ પરમાણુ પર પ્રહાર કરતું હકારાત્મક આયન ઇલેક્ટ્રોનને મુક્ત કરી શકે છે.

4. થર્મલ ionization

જો ગેસનું તાપમાન પૂરતું ઊંચું હોય, તો તેના પરમાણુઓ બનાવતા કેટલાક ઇલેક્ટ્રોન પરમાણુઓને છોડી દેવા માટે પૂરતી ઉર્જા પ્રાપ્ત કરી શકે છે જેનાથી તેઓ સંબંધ ધરાવે છે. આ ઘટના ધાતુમાંથી થર્મોઇલેક્ટ્રિક રેડિયેશન જેવી જ છે. આ પ્રકારનું ઉત્સર્જન માત્ર ઉચ્ચ દબાણ પર શક્તિશાળી ચાપના કિસ્સામાં ભૂમિકા ભજવે છે.

ઇલેક્ટ્રોન બોમ્બાર્ડમેન્ટના પરિણામે ગેસના આયનીકરણ દ્વારા સૌથી નોંધપાત્ર ભૂમિકા ભજવવામાં આવે છે. કેટલાક પ્રકારના ગેસ ડિસ્ચાર્જમાં ફોટોઇલેક્ટ્રિક આયનાઇઝેશન મહત્વપૂર્ણ છે. બાકીની પ્રક્રિયાઓ ઓછી મહત્વની છે.

પ્રમાણમાં તાજેતરમાં સુધી, વિવિધ ડિઝાઇનના શૂન્યાવકાશ ઉપકરણોનો સર્વત્ર ઉપયોગ થતો હતો: સંચાર તકનીકોમાં (ખાસ કરીને રેડિયો સંચાર), રડારમાં, ઊર્જામાં, સાધન નિર્માણમાં, વગેરે.

ઉર્જા ક્ષેત્રે ઇલેક્ટ્રોવેક્યુમ ઉપકરણોનો ઉપયોગ વૈકલ્પિક પ્રવાહને ડાયરેક્ટ કરંટ (સુધારણા), ડાયરેક્ટ કરંટને વૈકલ્પિક પ્રવાહમાં રૂપાંતરિત (ઈનવર્ટિંગ), ફ્રીક્વન્સીમાં ફેરફાર, ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સની ગતિને સમાયોજિત કરવા, વૈકલ્પિક પ્રવાહના વોલ્ટેજને આપમેળે નિયંત્રિત કરવાનો સમાવેશ થાય છે. અને ડાયરેક્ટ કરંટ જનરેટર, ઇલેક્ટ્રિક વેલ્ડીંગ, લાઇટિંગ કંટ્રોલમાં નોંધપાત્ર પાવરને ચાલુ અને બંધ કરવું.

ઇલેક્ટ્રોન ટ્યુબ્સ - ઇતિહાસ, ઓપરેશનનો સિદ્ધાંત, ડિઝાઇન અને એપ્લિકેશન

ઇલેક્ટ્રોન સાથે રેડિયેશનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના ઉપયોગથી ફોટોસેલ્સ અને ગેસ-ડિસ્ચાર્જ પ્રકાશ સ્ત્રોતો: નિયોન, મર્ક્યુરી અને ફ્લોરોસન્ટ લેમ્પ્સનું નિર્માણ થયું. નાટ્ય અને ઔદ્યોગિક લાઇટિંગ યોજનાઓમાં ઇલેક્ટ્રોનિક નિયંત્રણ અત્યંત મહત્ત્વનું હતું.

હાલમાં, આ બધી પ્રક્રિયાઓ સેમિકન્ડક્ટર ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોનો ઉપયોગ કરે છે અને તેનો ઉપયોગ પ્રકાશ માટે થાય છે એલઇડી ટેકનોલોજી.