निर्वात में विद्युत धारा
तकनीकी अर्थ में, अंतरिक्ष को एक निर्वात कहा जाता है, जिसमें पदार्थ की मात्रा सामान्य गैसीय माध्यम की तुलना में नगण्य होती है। वैक्यूम दबाव वायुमंडलीय दबाव से कम परिमाण के कम से कम दो आदेश हैं; ऐसी परिस्थितियों में, इसमें व्यावहारिक रूप से कोई निःशुल्क शुल्क वाहक नहीं होते हैं।
लेकिन जैसा कि हम जानते हैं विद्युत का झटका एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत आवेशित कणों का क्रमबद्ध संचलन कहा जाता है, जबकि निर्वात में, परिभाषा के अनुसार, आवेशित कणों की ऐसी कोई संख्या नहीं होती है जो एक स्थिर धारा बनाने के लिए पर्याप्त हो। इसका मतलब यह है कि वैक्यूम में करंट बनाने के लिए, किसी तरह चार्ज किए गए कणों को इसमें जोड़ना आवश्यक है।
1879 में, थॉमस एडिसन ने थर्मिओनिक विकिरण की घटना की खोज की, जो आज एक धातु कैथोड (नकारात्मक इलेक्ट्रोड) को ऐसी अवस्था में गर्म करके निर्वात में मुक्त इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करने के सिद्ध तरीकों में से एक है, जिससे इलेक्ट्रॉन उसमें से बाहर निकलने लगते हैं। इस घटना का उपयोग कई वैक्यूम इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में किया जाता है, विशेष रूप से वैक्यूम ट्यूबों में।
आइए दो धातु इलेक्ट्रोड को वैक्यूम में रखें और उन्हें डीसी वोल्टेज स्रोत से कनेक्ट करें, फिर नकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) को गर्म करना शुरू करें। इस मामले में, कैथोड के अंदर इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा बढ़ जाएगी। यदि इस तरह से अतिरिक्त रूप से प्राप्त इलेक्ट्रॉन ऊर्जा संभावित अवरोध (कैथोड धातु के कार्य कार्य को करने के लिए) को दूर करने के लिए पर्याप्त हो जाती है, तो ऐसे इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोड के बीच की जगह में भागने में सक्षम होंगे।
चूंकि इलेक्ट्रोड के बीच है विद्युत क्षेत्र (उपरोक्त स्रोत द्वारा निर्मित), इस क्षेत्र में प्रवेश करने वाले इलेक्ट्रॉनों को एनोड (सकारात्मक इलेक्ट्रोड) की दिशा में तेजी से बढ़ना शुरू करना चाहिए, अर्थात, सैद्धांतिक रूप से, एक विद्युत प्रवाह एक निर्वात में होगा।
लेकिन यह हमेशा संभव नहीं होता है, और केवल अगर इलेक्ट्रॉन बीम कैथोड की सतह पर संभावित गड्ढे को दूर करने में सक्षम होता है, जिसकी उपस्थिति कैथोड (इलेक्ट्रॉन क्लाउड) के पास अंतरिक्ष चार्ज की उपस्थिति के कारण होती है।
कुछ इलेक्ट्रॉनों के लिए इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज उनकी औसत गतिज ऊर्जा की तुलना में बहुत कम होगा, यह कुएं से बाहर निकलने के लिए पर्याप्त नहीं होगा और वे वापस चले जाएंगे, और कुछ के लिए यह इलेक्ट्रॉनों को शांत करने के लिए पर्याप्त उच्च होगा - आगे और विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित होने लगते हैं। इस प्रकार, इलेक्ट्रोड पर लागू वोल्टेज जितना अधिक होगा, उतने अधिक इलेक्ट्रॉन कैथोड को छोड़ देंगे और एक निर्वात में वर्तमान वाहक बन जाएंगे।
तो, वैक्यूम में स्थित इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज जितना अधिक होता है, कैथोड के पास संभावित कुएं की गहराई उतनी ही कम होती है।नतीजतन, यह पता चला है कि थर्मिओनिक विकिरण के दौरान वैक्यूम में वर्तमान घनत्व लैंगमुइर के कानून (अमेरिकी भौतिक विज्ञानी इरविंग लैंगमुइर के सम्मान में) या तीसरे कानून के संबंध में एनोड वोल्टेज से संबंधित है:
ओम के नियम के विपरीत, यहाँ संबंध अरैखिक है। इसके अलावा, जैसे-जैसे इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर बढ़ता है, संतृप्ति होने तक वैक्यूम वर्तमान घनत्व बढ़ जाएगा, एक ऐसी स्थिति जहां कैथोड पर इलेक्ट्रॉन बादल से सभी इलेक्ट्रॉन एनोड तक पहुंच जाते हैं। आगे इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर को बढ़ाने से वर्तमान में वृद्धि नहीं होगी। आर
अलग-अलग कैथोड सामग्रियों में अलग-अलग उत्सर्जन होता है, जो संतृप्ति वर्तमान की विशेषता है। संतृप्ति वर्तमान घनत्व रिचर्डसन-डेशमैन सूत्र द्वारा निर्धारित किया जा सकता है, जो वर्तमान घनत्व को कैथोड सामग्री के मापदंडों से संबंधित करता है:
यहाँ:
यह सूत्र क्वांटम आँकड़ों के आधार पर वैज्ञानिकों द्वारा प्राप्त किया गया था।