इलेक्ट्रॉनों के स्रोत, इलेक्ट्रॉन विकिरण के प्रकार, आयनीकरण के कारण

इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के संचालन के सिद्धांतों को समझने और समझाने के लिए, निम्नलिखित प्रश्न का उत्तर देना आवश्यक है: इलेक्ट्रॉनों को कैसे अलग किया जाता है?हम इस लेख में उत्तर देंगे।

आधुनिक सिद्धांत के अनुसार, परमाणु में एक नाभिक होता है, जिसमें एक धनात्मक आवेश होता है और यह परमाणु के लगभग पूरे द्रव्यमान और नाभिक के चारों ओर स्थित ऋणात्मक आवेश वाले इलेक्ट्रॉनों को अपने आप में केंद्रित करता है। संपूर्ण रूप में परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ हैइसलिए, नाभिक का आवेश आसपास के इलेक्ट्रॉनों के आवेश के बराबर होना चाहिए।

चूँकि सभी रसायन अणुओं से बने होते हैं, और अणु परमाणुओं से बने होते हैं, ठोस, तरल या गैसीय अवस्था में कोई भी पदार्थ इलेक्ट्रॉनों का एक संभावित स्रोत होता है। वास्तव में, पदार्थ की तीनों समग्र अवस्थाओं का उपयोग तकनीकी उपकरणों में इलेक्ट्रॉनों के स्रोत के रूप में किया जाता है।

इलेक्ट्रॉनों का एक विशेष रूप से महत्वपूर्ण स्रोत धातुएं हैं, जो आमतौर पर इस उद्देश्य के लिए तारों या रिबन के रूप में उपयोग की जाती हैं।

प्रश्न उठता है: यदि इस तरह के फिलामेंट में इलेक्ट्रॉन होते हैं और यदि ये इलेक्ट्रॉन अपेक्षाकृत मुक्त होते हैं, अर्थात, वे धातु के अंदर कम या ज्यादा स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं (कि वास्तव में ऐसा ही है, हम आश्वस्त हैं कि एक बहुत छोटा संभावित अंतर भी, इस तरह के धागे के दोनों सिरों पर लागू इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को इसके साथ निर्देशित करता है), तो इलेक्ट्रॉन धातु से बाहर क्यों नहीं उड़ते हैं और सामान्य परिस्थितियों में इलेक्ट्रॉनों का स्रोत नहीं बनते हैं? प्राथमिक इलेक्ट्रोस्टैटिक सिद्धांत के आधार पर इस प्रश्न का एक सरल उत्तर दिया जा सकता है।

मान लीजिए इलेक्ट्रॉन धातु को छोड़ देते हैं। तब धातु को धनात्मक आवेश प्राप्त करना चाहिए। चूँकि विपरीत संकेतों के आवेश एक दूसरे को आकर्षित करते हैं, इलेक्ट्रॉन फिर से धातु की ओर आकर्षित होंगे जब तक कि कोई बाहरी प्रभाव इसे रोकता नहीं है।

धातु छोड़ने के लिए धातु में इलेक्ट्रॉनों को पर्याप्त ऊर्जा देने के कई तरीके हैं:

1. थर्मिओनिक विकिरण

थर्मिओनिक विकिरण तापदीप्त पिंडों से इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन है। इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के थर्मिओनिक कैथोड और ताप-से-बिजली कन्वर्टर्स के लिए सामग्री के रूप में उनके उपयोग के संबंध में ठोस पदार्थों और विशेष रूप से धातुओं और अर्धचालकों में थर्मोनिक विकिरण का अध्ययन किया गया है।

18वीं शताब्दी के उत्तरार्ध से सफेद ताप से ऊपर के तापमान पर गर्म करने पर पिंडों से नकारात्मक बिजली के नुकसान की घटना ज्ञात हुई है। वी. वी. पेट्रोव (1812), थॉमस एडिसन (1889) और अन्य ने इस घटना के कई गुणात्मक कानूनों की स्थापना की। 1930 के दशक तक, उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की संख्या, शरीर के तापमान और कार्य समारोह के बीच मुख्य विश्लेषणात्मक संबंध निर्धारित किए गए थे।

जब इसके सिरों पर वोल्टेज लगाया जाता है तो फिलामेंट से बहने वाली धारा फिलामेंट को गर्म करती है। जब धातु का तापमान काफी अधिक होता है, तो इलेक्ट्रॉन धातु की सतह को छोड़ कर आसपास के स्थान में भाग जाते हैं।

इस तरह से उपयोग की जाने वाली धातु को थर्मिओनिक कैथोड कहा जाता है, और इस तरह से इलेक्ट्रॉनों की रिहाई को थर्मिओनिक विकिरण कहा जाता है। ऊष्मीय विकिरण पैदा करने वाली प्रक्रियाएं एक तरल की सतह से अणुओं के वाष्पीकरण की प्रक्रियाओं के समान होती हैं।

दोनों ही मामलों में, कुछ काम किया जाना चाहिए। एक तरल के मामले में, यह काम वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा है, जो पदार्थ के एक ग्राम को तरल से गैसीय अवस्था में बदलने के लिए आवश्यक ऊर्जा के बराबर है।

ऊष्मीय विकिरण के मामले में, तथाकथित कार्य फलन धातु से एक इलेक्ट्रॉन को वाष्पित करने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा है। पहले रेडियो इंजीनियरिंग में उपयोग किए जाने वाले वैक्यूम एम्पलीफायरों में आमतौर पर थर्मिओनिक कैथोड होते थे।

2. प्रकाश उत्सर्जन

विभिन्न सामग्रियों की सतह पर प्रकाश की क्रिया के परिणामस्वरूप भी इलेक्ट्रॉनों की रिहाई होती है। प्रकाश ऊर्जा का उपयोग पदार्थ के इलेक्ट्रॉनों को आवश्यक अतिरिक्त ऊर्जा प्रदान करने के लिए किया जाता है ताकि वे धातु को छोड़ सकें।

इस पद्धति में इलेक्ट्रॉनों के स्रोत के रूप में प्रयुक्त सामग्री को फोटोवोल्टिक कैथोड कहा जाता है, और इलेक्ट्रॉनों को छोड़ने की प्रक्रिया को जाना जाता है फोटोवोल्टिक या फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन… इलेक्ट्रॉनों को छोड़ने का यह तरीका विद्युत नेत्र का आधार है— photocell.

3. माध्यमिक उत्सर्जन

जब कण (इलेक्ट्रॉन या सकारात्मक आयन) किसी धातु की सतह से टकराते हैं, तो इन कणों की गतिज ऊर्जा का हिस्सा या उनकी सभी गतिज ऊर्जा धातु के एक या एक से अधिक इलेक्ट्रॉनों में स्थानांतरित हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप वे छोड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त कर लेते हैं। धातु। इस प्रक्रिया को द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन कहा जाता है।

4. ऑटोइलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन

यदि धातु की सतह के पास एक बहुत मजबूत विद्युत क्षेत्र मौजूद है, तो यह इलेक्ट्रॉनों को धातु से दूर खींच सकता है। इस घटना को फील्ड एमिशन या कोल्ड एमिशन कहा जाता है।

क्षेत्र उत्सर्जन कैथोड (पुराने मरकरी रेक्टीफायर्स में) के रूप में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली एकमात्र धातु पारा है। पारा कैथोड बहुत उच्च वर्तमान घनत्व की अनुमति देते हैं और 3000 kW तक के रेक्टिफायर के डिजाइन को सक्षम करते हैं।

इलेक्ट्रॉनों को गैसीय पदार्थ से कई तरीकों से भी छोड़ा जा सकता है। जिस प्रक्रिया से एक परमाणु एक इलेक्ट्रॉन खोता है उसे आयनीकरण कहा जाता है।… जिस परमाणु ने एक इलेक्ट्रॉन खो दिया है उसे सकारात्मक आयन कहा जाता है।

निम्नलिखित कारणों से आयनीकरण प्रक्रिया हो सकती है:

1. इलेक्ट्रॉनिक बमबारी

गैस से भरे लैंप में एक मुक्त इलेक्ट्रॉन, विद्युत क्षेत्र के कारण, गैस अणु या परमाणु को आयनित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त कर सकता है। इस प्रक्रिया में एक हिमस्खलन चरित्र हो सकता है, क्योंकि एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने के बाद, भविष्य में दोनों इलेक्ट्रॉन, जब वे गैस के कणों से टकराते हैं, तो नए इलेक्ट्रॉनों को छोड़ सकते हैं।

प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों को ऊपर चर्चा की गई किसी भी विधि से एक ठोस से मुक्त किया जा सकता है, और एक ठोस की भूमिका शेल द्वारा निभाई जा सकती है जिसमें गैस संलग्न है, और दीपक के अंदर स्थित किसी भी इलेक्ट्रोड द्वारा।फोटोवोल्टिक विकिरण द्वारा प्राथमिक इलेक्ट्रॉन भी उत्पन्न किए जा सकते हैं।

2. फोटोइलेक्ट्रिक आयनीकरण

यदि गैस दृश्य या अदृश्य विकिरण के संपर्क में आती है, तो उस विकिरण की ऊर्जा पर्याप्त हो सकती है (परमाणु द्वारा अवशोषित होने पर) कुछ इलेक्ट्रॉनों को खदेड़ने के लिए। यह तंत्र कुछ प्रकार के गैस निर्वहन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इसके अलावा, गैस से ही उत्तेजित कणों के उत्सर्जन के कारण गैस में एक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव उत्पन्न हो सकता है।

3. सकारात्मक आयन बमबारी

एक सकारात्मक आयन एक तटस्थ गैस अणु से टकराकर एक इलेक्ट्रॉन छोड़ सकता है, जैसा कि इलेक्ट्रॉन बमबारी के मामले में होता है।

4. थर्मल आयनीकरण

यदि गैस का तापमान काफी अधिक है, तो कुछ इलेक्ट्रॉन जो इसके अणुओं को बनाते हैं, वे परमाणुओं को छोड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं जिससे वे संबंधित हैं। यह घटना धातु से थर्मोइलेक्ट्रिक विकिरण के समान है। इस प्रकार का उत्सर्जन उच्च दबाव पर एक शक्तिशाली चाप के मामले में ही भूमिका निभाता है।

इलेक्ट्रॉन बमबारी के परिणामस्वरूप गैस के आयनीकरण द्वारा सबसे महत्वपूर्ण भूमिका निभाई जाती है। कुछ प्रकार के गैस डिस्चार्ज में फोटोइलेक्ट्रिक आयनीकरण महत्वपूर्ण है। शेष प्रक्रियाएं कम महत्वपूर्ण हैं।

अपेक्षाकृत हाल तक, विभिन्न डिजाइनों के वैक्यूम उपकरणों का हर जगह उपयोग किया जाता था: संचार प्रौद्योगिकियों (विशेष रूप से रेडियो संचार) में, रडार में, ऊर्जा में, उपकरण बनाने आदि में।

ऊर्जा के क्षेत्र में इलेक्ट्रोवैक्यूम उपकरणों के उपयोग में प्रत्यावर्ती धारा को प्रत्यक्ष धारा (सुधार) में परिवर्तित करना, प्रत्यक्ष धारा को प्रत्यावर्ती धारा (इनवर्टिंग) में परिवर्तित करना, आवृत्ति को बदलना, विद्युत मोटरों की गति को समायोजित करना, प्रत्यावर्ती धारा के वोल्टेज को स्वचालित रूप से नियंत्रित करना शामिल है। और प्रत्यक्ष वर्तमान जनरेटर, विद्युत वेल्डिंग, प्रकाश नियंत्रण में महत्वपूर्ण शक्ति को चालू और बंद करना।

इलेक्ट्रॉन ट्यूब - इतिहास, संचालन का सिद्धांत, डिजाइन और अनुप्रयोग

इलेक्ट्रॉनों के साथ विकिरण की बातचीत के उपयोग से फोटोकल्स और गैस-डिस्चार्ज प्रकाश स्रोतों का निर्माण हुआ: नियॉन, पारा और फ्लोरोसेंट लैंप। नाट्य और औद्योगिक प्रकाश योजनाओं में इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण का अत्यधिक महत्व था।

वर्तमान में, ये सभी प्रक्रियाएं अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का उपयोग करती हैं और प्रकाश व्यवस्था के लिए उपयोग की जाती हैं एलईडी तकनीक.