Dòng điện trong chân không

Phát biểu đúng là: Dòng điện trong điốt chân không chỉ theo một chiều từ anốt đến catốt

Phát biểu không đúng: Khi catôt bị nung nóng ở nhiệt độ cao, thì \({I_{A}} \ne 0\) với mọi giá trị của U_AK

Chọn B.

Bản chất của tia catot trong ống tia catot là chùm electron phát ra từ catot.

Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của các electron được đưa vào khoảng chân không đó.

Dòng điện trong kim loại và trong chân không đều là dòng chuyển động có hướng của các electron

Đối với dòng điện trong chân không, khi catôt bị nung nóng đồng thời hiệu điện thế giữa hai đầu anốt và catốt của bằng 0 thì cường độ dòng điện chạy trong mạch bằng 0

Dòng điện trong chân không sinh ra do chuyển động của các electron phát ra từ catốt

Người ta kết luận tia catốt là dòng hạt điện tích âm vì khi rọi bào vật nào, nó làm cho vật đó tích điện âm

Ta có: \(I = \frac{q}{t} = \frac{{N\left| e \right|}}{t} \to N = \frac{{It}}{{\left| e \right|}} = \frac{{{{10}^{ - 3}}.1}}{{1,{{6.10}^{ - 19}}}} = 6,{25.10^{15}}\)

Ta có: Động năng của e khi đến anot:

\({{\rm{W}}_d} = \frac{1}{2}m{v^2} = \left| e \right|U \to v = \sqrt {\frac{{2\left| e \right|U}}{m}}  = \sqrt {\frac{{2.1,{{6.10}^{ - 19}}.2500}}{{9,{{1.10}^{ - 31}}}}}  = 2,{97.10^7}m/s\)

Động năng của electron tại anot: \({{\rm{W}}_d} = \frac{1}{2}m{v^2} = \left| e \right|U = 1,{6.10^{ - 19}}.200 = 3,{2.10^{ - 17}}J\)

Lực điện tác dụng lên các electron: \(F = \left| e \right|E = \left| e \right|\frac{U}{d} = 1,{6.10^{ - 19}}\frac{{200}}{{{{10.10}^{ - 3}}}} = 3,{2.10^{ - 15}}N\)

Lực điện tác dụng lên các electron: \(F = \left| e \right|E = \left| e \right|\frac{U}{d} = 1,{6.10^{ - 19}}\frac{{200}}{{{{10.10}^{ - 3}}}} = 3,{2.10^{ - 15}}N\)

Thời gian chuyển động của các electron: \(t = \frac{v}{a} = \sqrt {\frac{{2{\rm{d}}}}{a}}  = \sqrt {\frac{{2{\rm{d}}}}{{\frac{F}{m}}}} \sqrt {\frac{{{{2.10.10}^{ - 3}}}}{{\frac{{3,{{2.10}^{ - 15}}}}{{9,{{1.10}^{ - 31}}}}}}}  \approx 2,{4.10^{ - 9}}s\)

 Ta có:  \(I = \frac{q}{t} = \frac{{N\left| e \right|}}{t} \to N = \frac{{It}}{{\left| e \right|}} = \frac{{{{10.10}^{ - 3}}}}{{1,{{6.10}^{ - 19}}}} = 6,{25.10^{16}}electron\)

=> Số electron phát xạ từ một đơn vị diện tích của catot trong 1 giây là:

\(n = \frac{N}{S} = \frac{{6,{{25.10}^{16}}}}{{{{10.10}^{ - 6}}}} = 6,{25.10^{21}}electron/{m^2}\)  

Gọi R₀ là điện trở của điot

Ta có: U = IR₀

\(I = aU + b{U^2} = aI{R_0} + b{(I{R_0})^2} = \frac{{1 - a{R_0}}}{{bR_0^2}}\)

Mặt khác, theo định luật Ôm, ta có:

\(I = \frac{E}{{R + {R_0}}}\)

\(\begin{array}{l} \to \frac{{1 - a{R_0}}}{{bR_0^2}} = \frac{E}{{R + {R_0}}} \leftrightarrow (R + {R_0})(1 - a{R_0}) = EbR_0^2\\ \leftrightarrow (Eb + a)R_0^2 + (aR - 1){R_0} - R = 0\\ \to \left[ \begin{array}{l}{R_0} = 4000\Omega \\{R_0} =  - \frac{{20000}}{3}(loai)\end{array} \right.\end{array}\)

=> Cường độ dòng điện: \(I = \frac{E}{{R + {R_0}}} = \frac{{120}}{{{{20.10}^3} + 4000}} = {5.10^{ - 3}}A\)

a) Động năng của electron tại anot:

\(\begin{array}{l}A = \Delta {{\rm{W}}_d} \Leftrightarrow A = {{\rm{W}}_{dA}} - {{\rm{W}}_{dK}} \Leftrightarrow A = {{\rm{W}}_{dA}}\\ \Leftrightarrow \frac{1}{2}m{v^2} = \left| e \right|U = 1,{6.10^{ - 19}}.200 = 3,{2.10^{ - 17}}J\end{array}\)

Vận tốc của elctron tại anot là:

\(\begin{array}{l}
{{\rm{W}}_{dA}} = \frac{1}{2}m{v^2} = 3,{2.10^{ - 17}}J\\
\Rightarrow v = \sqrt {\frac{{2{W_{dA}}}}{m}} = 8,{4.10^6}\left( {m/s} \right)
\end{array}\)

b) Lực tác dụng lên electron khi nó di chuyển từ anot đến catot:

\(\begin{array}{l}
{F_d} = \left| e \right|E = \left| q \right|.\frac{U}{d}\\
\,\,\,\,\,\, = 1,{6.10^{ - 19}}.\frac{{200}}{{{{10.10}^{ - 3}}}} = 3,{2.10^{ - 15}}N
\end{array}\)

c) Gia tốc của electron:

\(a = \frac{{{F_d}}}{m} = \frac{{3,{{2.10}^{ - 15}}}}{{9,{{1.10}^{ - 31}}}}\)

Thời gian electron di chuyển đến anot là:

\(s = \frac{{a{t^2}}}{2} \Rightarrow t = \sqrt {\frac{{2d}}{a}}  = 2,{4.10^{ - 9}}s\)

d) Cường độ dòng điện trong mạch:

\(I = \frac{q}{t} = \frac{{N.\left| e \right|}}{t} = \frac{{1,{{25.10}^{18}}.1,{{6.10}^{ - 19}}}}{{20}} = 0,01A\)

Điều kiện để có dòng điện chạy qua đèn diot chân không là: Nung nóng catôt K bằng dòng điện, đồng thời đặt hiệu điện thế U_AK có giá trị dương giữa anôt A và catôt K của đèn.