Элементы квантовой оптики и физики твердого тела. Головин Ю.М - 22 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

ристика при 20 °С имеет вид характеристики вакуумного триода (рис. 5.3).
При наличии паров внутри триода (например, паров ртути) вид анодной характеристики существенно меняется.
Возникает один или несколько максимумов и минимумов прежде, чем ток выходит на насыщение (см. рис. 5.4). Можно
заметить, что расстояние между максимумами по оси напряжений одно и то же и равно для паров ртути 4,9 В. Говоря
иначе, первый максимум наблюдается при ускоряющем напряжении 4,9 В, второй максимум – при U
y
= 9,8 В. Разумеется,
данные значения будут наблюдаться при значении задерживающего напряжения U
з
= 0. При U
з
, не равном нулю, т.е. зна-
чение U
з
будет добавляться к соответствующим значениям U
1
т е. первый максимум будет наблюдаться при 4,9 В + U
з
и
т.д. Причина возникновения максимумов на анодной характеристике состоит в резонансном взаимодействии электронов,
ускоренных напряжением U
y
, с атомами ртути.
Взаимодействие электронов с атомами ртути бывает преимущественно в условиях данного опыта двух типов. Пер-
вый тип – это упругое рассеяние электрона на атоме. Напомним, что удар называется абсолютно упругим, если кинетиче-
ская энергия электронов, участвующих в столкновении, не изменяется, а лишь перераспределяется между ними. Напро-
тив, в случае неупругого удара, часть первоначального запаса кинетической энергии электронов переходит в другие фор-
мы, частично идет на возбуждение внутренних степеней свободы – колебаний ядер относительно положений равновесия
и переходов электронов с одних энергетических уровней на другие.
Рис. 5.4
Возвращаясь к нашему случаю, отметим, что электрон, ускоренный напряжением 4,9 В, приобретает энергию в 4,9
эВ, что соответствует энергии электронного перехода ∆Е = Е
2
– Е
1
в атоме ртути. При меньших ускоряющих напряжени-
ях электронных переходов с уровня на уровень в атомах ртути не происходит, и все столкновения электронов с атомами
носят упругий характер. При этом, поскольку масса атома много больше массы электрона, скорость электрона меняется
только по направлению, но не меняется по величине. Это означает, что электроны практически не теряют свою энергию и
зависимость тока от ускоряющего напряжения имеет характер растущей кривой.
Рассмотрим случай, когда пучок медленных электронов проходит через пары ртути, находящиеся под низким давле-
нием. Если кинетическая энергия электронов меньше 4,9 В, то столкновение таких электронов будут упругими, т.е. кине-
тическая энергия поступательного движения электронов будет оставаться неизменной. Потеря электронами некоторой
части кинетической энергии может быть найдено по формуле (вывод можно сделать самостоятельно):
()
K
M
m
K
Mm
mM
K
44
2
=
+
=∆
, (5.2)
где
m
– масса электрона;
M
– масса атома ртути;
2
ν
2
1
mK =
– кинетическая энергия налетающего электрона.
Поскольку
Mm <<
, то потеря кинетической энергии
K
∆
весьма мала. Энергия
K
∆
передается атому ртути и про-
является как его энергия отдачи, что схематически может быть представлено следующим образом:
β
+
А
→
А′
+
β
медленный
электрон
K
1
< 4,9 эВ
неподвижный
атом
атом с
энергией
отдачи
∆K
медленный
электрон
K
2
= K
1
– ∆K
Значение
K
∆
настолько мало, что электрон до полной остановки испытывает значительное число столкновений,
двигаясь при этом по зигзагообразной траектории, достигая анода.
Однако, если кинетическая энергия электрона превышает эВ9,4
12
=
−
EE (см. рис. 5.1), то возможны неупругие
столкновения, сопровождающиеся передачей части его кинетической энергии атому ртути с переходом электрона в атоме
ртути из основного состояния в первое возбужденное с энергией
2
E .
Кинетическая энергия
2
K электрона после неупругого столкновения равна
эВ9,4)(
11212
−
=
−
−
=
KEEKK
,
и если она K
2
меньше энергии задержки еU
з
, то электроны не долетят до анода.
U
з
1
p
U
2
p
U
U
I

Страницы