વેક્યૂમમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ

તકનીકી અર્થમાં, અવકાશને શૂન્યાવકાશ કહેવામાં આવે છે, જેમાં દ્રવ્યનું પ્રમાણ, સામાન્ય વાયુ માધ્યમની તુલનામાં, નજીવું છે. શૂન્યાવકાશ દબાણ વાતાવરણીય દબાણ કરતાં ઓછામાં ઓછા બે ક્રમની તીવ્રતા છે; આવી પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, તેમાં વ્યવહારીક રીતે કોઈ મફત ચાર્જ કેરિયર્સ નથી.

પરંતુ જેમ આપણે જાણીએ છીએ ઇલેક્ટ્રિક આંચકો વિદ્યુત ક્ષેત્રની ક્રિયા હેઠળ ચાર્જ થયેલા કણોની ક્રમબદ્ધ હિલચાલ કહેવામાં આવે છે, જ્યારે વેક્યૂમમાં, વ્યાખ્યા પ્રમાણે, એવી કોઈ સંખ્યા નથી કે જે સ્થિર પ્રવાહ રચવા માટે પૂરતા હોય. આનો અર્થ એ છે કે શૂન્યાવકાશમાં વર્તમાન બનાવવા માટે, તેમાં કોઈક રીતે ચાર્જ થયેલા કણો ઉમેરવા જરૂરી છે.

1879 માં, થોમસ એડિસને થર્મિઓનિક રેડિયેશનની ઘટનાની શોધ કરી, જે આજે મેટલ કેથોડ (નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ) ને એવી સ્થિતિમાં ગરમ ​​કરીને શૂન્યાવકાશમાં મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન મેળવવાની એક સાબિત રીત છે કે ઇલેક્ટ્રોન તેમાંથી ઉડવા લાગે છે. આ ઘટનાનો ઉપયોગ ઘણા વેક્યૂમ ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં થાય છે, ખાસ કરીને વેક્યુમ ટ્યુબમાં.

ચાલો શૂન્યાવકાશમાં બે મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ મૂકીએ અને તેમને ડીસી વોલ્ટેજ સ્ત્રોત સાથે જોડીએ, પછી નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ (કેથોડ) ને ગરમ કરવાનું શરૂ કરીએ. આ કિસ્સામાં, કેથોડની અંદરના ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા વધશે. જો આ રીતે મેળવેલી ઈલેક્ટ્રોન ઉર્જા સંભવિત અવરોધ (કેથોડ ધાતુનું કાર્ય કરવા માટે) ને દૂર કરવા માટે પૂરતી હોવાનું બહાર આવે છે, તો આવા ઈલેક્ટ્રોન ઈલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેની જગ્યામાં છટકી શકશે.

ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે હોવાથી ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર (ઉપરોક્ત સ્ત્રોત દ્વારા બનાવેલ), આ ક્ષેત્રમાં પ્રવેશતા ઇલેક્ટ્રોન એનોડ (પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડ) ની દિશામાં વેગ આપવાનું શરૂ કરવું જોઈએ, એટલે કે, સૈદ્ધાંતિક રીતે, વેક્યૂમમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ આવશે.

પરંતુ આ હંમેશા શક્ય નથી, અને જો ઇલેક્ટ્રોન બીમ કેથોડની સપાટી પરના સંભવિત ખાડાને દૂર કરવામાં સક્ષમ હોય તો જ, જેની હાજરી કેથોડ (ઇલેક્ટ્રોન વાદળ) ની નજીક સ્પેસ ચાર્જના દેખાવને કારણે છે.

કેટલાક ઇલેક્ટ્રોન માટે ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેનો વોલ્ટેજ તેમની સરેરાશ ગતિ ઊર્જાની તુલનામાં ખૂબ ઓછો હશે, આ કૂવામાંથી બહાર નીકળવા માટે પૂરતું નથી અને તેઓ પાછા જશે, અને કેટલાક માટે તે ઇલેક્ટ્રોનને શાંત કરવા માટે પૂરતું ઊંચું હશે - આગળ. અને વિદ્યુત ક્ષેત્ર દ્વારા ઝડપી થવાનું શરૂ થાય છે. આમ, ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર જેટલું ઊંચું વોલ્ટેજ લાગુ થશે, તેટલા વધુ ઇલેક્ટ્રોન કેથોડને છોડી દેશે અને શૂન્યાવકાશમાં વર્તમાન વાહક બનશે.

તેથી, શૂન્યાવકાશમાં સ્થિત ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેનું વોલ્ટેજ જેટલું ઊંચું હશે, કેથોડની નજીકના સંભવિત કૂવાની ઊંડાઈ જેટલી ઓછી હશે.પરિણામે, તે તારણ આપે છે કે થર્મિઓનિક રેડિયેશન દરમિયાન શૂન્યાવકાશમાં વર્તમાન ઘનતા એ એનોડ વોલ્ટેજ સાથે સંબંધિત છે જેને લેંગમુઇરનો કાયદો (અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રી ઇરવિંગ લેંગમુઇરના માનમાં) અથવા ત્રીજાના કાયદા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે:

ઓહ્મના નિયમથી વિપરીત, અહીં સંબંધ બિન-રેખીય છે. ઉપરાંત, જેમ જેમ ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેનો સંભવિત તફાવત વધે છે, ત્યાં સુધી સંતૃપ્તિ ન થાય ત્યાં સુધી વેક્યૂમ વર્તમાન ઘનતા વધશે, એવી સ્થિતિ જ્યાં કેથોડ પરના ઇલેક્ટ્રોન ક્લાઉડમાંથી તમામ ઇલેક્ટ્રોન એનોડ સુધી પહોંચે છે. ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેના સંભવિત તફાવતને વધુ વધારવાથી વર્તમાનમાં વધારો થશે નહીં. આર

વિવિધ કેથોડ સામગ્રીઓમાં અલગ અલગ ઉત્સર્જન હોય છે, જે સંતૃપ્તિ પ્રવાહ દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. સંતૃપ્તિ વર્તમાન ઘનતા રિચાર્ડસન-દેશમેન ફોર્મ્યુલા દ્વારા નક્કી કરી શકાય છે, જે વર્તમાન ઘનતાને કેથોડ સામગ્રીના પરિમાણો સાથે સંબંધિત છે:

અહીં:

આ સૂત્ર ક્વોન્ટમ આંકડાઓના આધારે વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા મેળવવામાં આવ્યું હતું.