真空中の電流

技術的な意味では、空間は真空と呼ばれ、通常の気体媒体と比較して物質の量は微々たるものです。真空圧は大気圧より少なくとも 2 桁低くなります。このような条件下では、実質的に自由な電荷担体は存在しません。

しかし、私たちが知っているように、 電気ショック これは、電場の作用下での荷電粒子の規則正しい動きと呼ばれますが、真空中では、定義上、安定した電流を形成するのに十分な数の荷電粒子は存在しません。これは、真空中に電流を作り出すためには、何らかの方法で荷電粒子を真空に加える必要があることを意味します。

1879 年、トーマス エジソンは熱電子放射の現象を発見しました。これは今日、金属陰極 (陰極) をそこから電子が飛び出し始めるような状態まで加熱することにより、真空中で自由電子を得る証明された方法の 1 つです。この現象は多くの真空電子機器、特に真空管で使用されています。

2 つの金属電極を真空中に配置し、DC 電圧源に接続して、負極 (カソード) を加熱し始めます。この場合、陰極内の電子の運動エネルギーは増加します。このようにして追加的に得られた電子エネルギーがポテンシャル障壁を克服するのに十分であることが判明した場合（陰極金属の仕事関数を実行するため）、そのような電子は電極間の空間に逃げることができます。

電極間にあるので 電界 (上記のソースによって生成される)、この場に入る電子はアノード (正極) の方向に加速し始めるはずです。つまり、理論的には真空中で電流が発生します。

しかし、これは常に可能であるわけではなく、電子ビームが陰極表面の潜在的なピットを克服できる場合にのみ可能です。陰極の近くに空間電荷 (電子雲) が出現することにより、このピットの存在が引き起こされます。

一部の電子にとっては、電極間の電圧が平均的な運動エネルギーに比べて低すぎるため、これでは井戸から出るには十分ではなく、電子は戻っていきます。また、一部の電子にとっては、電子を落ち着かせるのに十分な高さになります。そして電場によって加速され始めます。したがって、電極に印加される電圧が高くなるほど、より多くの電子が陰極から出て、真空中で電流キャリアになります。

したがって、真空中に置かれた電極間の電圧が高くなるほど、カソード近くのポテンシャル井戸の深さは小さくなります。その結果、熱電子放射中の真空中の電流密度は、ラングミュアの法則（アメリカの物理学者アービング・ラングミュアに敬意を表して）または第3の法則と呼ばれる関係によってアノード電圧に関係していることが判明しました。

オームの法則とは異なり、ここでは関係は非線形です。また、電極間の電位差が増加すると、真空電流密度は飽和状態、つまり陰極の電子雲からのすべての電子が陽極に到達する状態に達するまで増加します。電極間の電位差をさらに増加させても、電流は増加しません。 R

陰極材料が異なれば、飽和電流によって特徴付けられる放射率も異なります。飽和電流密度は、電流密度を陰極材料のパラメータに関連付けるリチャードソン・デシュマンの公式によって決定できます。

ここ：

この公式は量子統計に基づいて科学者によって導かれました。