§16. DÒNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHÔNG
A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
• Khi giảm áp suất khí trong ống xuống dưới $10^{-4}$ mmHg thì phân tử khí có thể đi từ thành bên này sang thành bên kia của ống mà không va chạm với các phân tử khác, ta nói trạng thái này là chân không.
• Chân không là môi trường cách điện, môi trường chân không chỉ dẫn điện khi ta cho electron hoặc các ion vào trong đó.
• Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của các electron bứt ra từ catôt khi bị nung nóng. Dòng điện trong chân không chỉ chạy theo một chiều từ anôt sang catôt.
• Điôt chân không ( điôt điện tử) với catôt nóng đỏ được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều.
• Tia catôt là một dòng các electron có năng lượng lớn bay trong không gian được sinh ra khi phóng điện qua chất khí ở áp suất thấp. Nó cũng có thể tạo ra bằng một súng electron.
• Tia catôt có khả năng làm huỳnh quang các chất và bị lệch bởi điện từ trường. Nó được dùng trong đèn hình và ống phóng điện tử.
B. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. Vì sao chân không không dẫn điện? Bằng cách nào ta tạo được dòng điện trong chân không?
Giải
Chân không là môi trường đã được lấy đi hầu hết tất cả các phần tử khí. Nó không chứa các hạt tải điện nên môi trường chân không là môi trường cách điện (không dẫn điện). Muốn có dòng điện chạy giữa hai điện cực trong chân không, ta phải tìm cách đưa hạt tải điện là các electron (thường là các electron bức xạ nhiệt từ catôt) vào trong đó.
2. Điôt chân không cấu tạo như thế nào và có tính chất gì?
Giải
Điôt chân không được cấu tạo bởi một ống thuỷ tinh được hút chân không đến áp suất vào khoảng $10^{-6}\rightarrow 10^{-7}$ mmHg. Có hai điện cực là anôt và catôt. Catột được đốt nóng bởi một dây đốt nối với một nguồn riêng để catôt bức xạ nhiệt electron.
Điôt chân không có tính chất chỉ cho dòng điện chạy qua theo một chiều nhất định. Do vậy người ta dùng điôt chân không để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều.
3. Tia catôt là gì? Có thể tạo ra nó bằng cách nào?
Giải
Tia catôt là dòng các electron có năng lượng lớn bay tự do trong không gian được sinh ra khi phóng điện qua chất khí ở áp suất thấp. Tia catôt còn gọi là tia âm cực, nó cũng có thể tạo ra từ súng electron.
4. Tại sao khi phóng điện qua lớp khí ở áp suất thấp lại sinh ra tia catôt.
Giải
Khi phóng điện ở áp suất thấp, các ion dương nhận năng lượng của điện trường, bay đến đập vào bề mặt catôt, sinh ra các electron mới để duy trì quá trình phóng điện. Các êlectron này có thể chuyển động trên một đoạn đường dài mà không va chạm với các phân tử khí khác, đó chính là tia catôt.
5. Kể vài tính chất của tia catôt chứng tỏ nó là dòng electron bay tự do.
Giải
Một vài tính chất chứng tỏ tia catôt là các electron bay tự do:
- Tia catôt bị lệch khỏi điện trường và từ trường (lệch về phía bản dương của tụ điện phẳng). Tia catôt là dòng các hạt electron với vận tốc khá lớn.
- Tia catôt truyền thẳng và vuông góc với catôt. Nếu catôt phẳng thì chùm tia âm cực song song, nếu catôt là mặt cầu lõm thì chùm tia catôt hội tụ tại tâm của mặt cầu. Tia catôt truyền đi có mang theo năng lượng, làm đen phim ảnh, ion hoá được không khí.
6. Súng electron tạo ra tia catôt theo nguyên tắc nào?
Giải
Súng electron tạo ra tia catôt theo nguyên tắc catôt được đốt nóng và phát xạ nhiệt electron, các electron này được tăng tốc và bị điều chỉnh hướng bay bởi điện trường và từ trường.
7. Hãy kể tên hai ứng dụng của tia catôt mà em biết.
Giải
Hai ứng dụng của catốt
• Tia catôt được ứng dụng trong ống phóng điện tử và trong bóng đèn hình (tivi)
• Tia catôt cũng được ứng dụng để phát tia X (tia Rơn-ghen).
Ở bài tập 8 và 9 dưới đây, phát biểu nào là chính xác?
8. Dòng điện trong chân không sinh ra do chuyển động của
A. các electron phát ra từ catôt.
B. các electron mà ta đưa từ bên ngoài vào các điện cực đặt trong chân không.
C. các electron phát ra từ anôt bị đốt nóng đỏ.
D. các ion khí còn dư trong chân không.
Giải
Chọn câu A
9. Người ta kết luận tia catôt là dòng hạt tích điện âm vì
A. nó có mang năng lượng.
B. khi rọi vào vật nó làm cho vật ấy tích điện âm.
C. nó bị điện trường làm lệch hướng.
D. nó làm huỳnh quang thuỷ tinh.
Giải
Chọn câu B
10. Catôt của một điôt chân không có diện tích mặt ngoài S = 10 $mm^{2}$. Dòng bão hoà $I_{S}$ = 10 mA. Tính số electron phát xạ từ một đơn vị diện tích của catôt này trong một giây.
Giải
Điện lượng toả ra mặt ngoài của catôt trong thời gian 1s
Q = It = 10.$10^{-3}$.1 = $10^{-2}$ C
Số electron thoát ra từ catôt trong thời gian 1s
Số electron phát ra từ một đơn vị diện tích của catôt trong thời gian 1s
.png)
11. Hiệu điện thế giữa anôt và catôt của một súng electron là 2500 V, tính tốc độ của electron mà súng phát ra. Cho biết khối lượng của electron là 9,11.$10^{-31}$ kg.
Giải
Năng lượng mà electron nhận được
W = eU = 1,6.$10^{-19}$.25.$10^{2}$ = 4.$10^{-16}$ J
Năng lượng của êlectron trong trường hợp này chủ yếu là động năng.
⇒ Vận tốc của electron thoát ra khỏi súng electron
.png)