Граждане, достаточно эрудированные в этом вопросе, могут, пропустив все "детские" рассуждения (сделанные для популяризации), сразу перейти к последнему абзацу.
Откройте любой учебник физики, для школы или для ВУЗа, какую-нибудь солидную физическую энциклопедию и вы прочтёте, что:
В любых металлах есть много свободных электронов, движущихся хаотично. Но вылететь из металла могут немногие, так как для этого надо преодолеть некий "потенциальный барьер".
Из-за вероятностного распределения скоростей электронов, некоторые из них после нескольких "ускоряющих" столкновений с соседями, могут приобрести достаточную скорость (кинетическую энергию), чтобы вылететь из металла. Но метал их своим потенциалом затягивает обратно, да и число таких электронов по статистике невелико.
Энергия, необходимая электрону для вылета называется "работой выхода". Однако при нагреве всё больше электронов приобретают эту нужную энергию и поэтому покидают металл. ЛОЖЬ!
Это явление называется ТЕРМОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИЕЙ.
ВОТ И ВСЁ!
Ни в одном учебнике не говорится ни слова, а почему?
И как вообще происходит это процесс - передача и превращения тепловой энергии в кинетическую энергию движения электронов?
А не описывается потому, что авторы этих многоумных учебников и статей в энциклопедиях отлично знают, что НИЧЕГО ОБ ЭТОМ ПРОЦЕССЕ САМИ НЕ ЗНАЮТ!
И прикрывают своё физическое неведение двумя методами: Начинают пудрить нам мозги всякими формулами и/или примерами того, как измерять в электронных лампах ток эмиссии.
Не нашёл я ни в ФЭСе (Физическом Энциклопедическом Словаре), ни и у Р.В.Поля "Учение об электричестве" разумного объяснения. У Поля такой темы вообще нет!!! Нет в природе и в "Учении об электричестве" явления термоэмиссии!
Вообще НИГДЕ!!!
Первое: Электрический ток, нагревая металл, усиливает колебания кристаллической решётки Так обычно объясняется действие нагрева. Усиленные колебания кристаллической решётки сообщают энергию электронам и те, обретя достаточную скорость, покидают металл. Если это так, то должно существовать явления "ФОНОЭЛЕКТРОННОЙ" эмиссии. Мощные звуковые или ультразвуковые колебания решётки (фононы) должны сообщать электронам большие скорости и те, как при нагреве, должны вылетать из металла. Однако пока я нигде не встречал даже малейшего упоминания об эффекте фоно-или-соноэлектронной эмиссии!
В знаменитой монографии специалиста с мировым именем в области ультразвука Людвига Бергмана "Ультразвук" -- нет ни слова об этом эффекте! А ведь мощный ультразвук способен вызывать множество эффектов и разрушать любые материалы, металлы, сверхтвёрдые сплавы, даже алмаз. Диспергирование твёрдых тел с помощью ультразвука, например! Вызывать электро и фотохимические реакции.Так почему он не вызывает эмиссии электронов из своего вибратора?
Значит её нет! Не обнаружена!
Второе:
Так что же получаетя, электрический ток - это упорядоченное движение электрических зарядов. В металлах - свободных электронов. Сначала они бьют по ионам кристаллической решётки и тем ускоряют их движение (нагрев), а затем эти ускоренные ионы бьют по тем же электнонам и страсть как ускоряют их? Непонятно. Зачем такой ступенчатый процесс? Ежели электроны тока так здорово ускоряют колебания ионов кристаллической решётки, то, тем паче, они могут сразу врубить мощные толчки своим соседям и те вылетят как ошпаренные из металла безо всякого нагрева ионов!!!
Эта идиотская идея преполагает создать перед умственным взором читателя такую картину: Стоят ионы в узлах кристаллической решётки и еле-еле покачиваются. Включаем ток! Мошный поток "стремительным домкратом" еле ползущих электронов шарахает по этим ленивцам и они, наконец-то, начинают "Мшевелидзе" и бьют взад по этим самым стремительным электронам, выбрасывая их из металла.
СПРАВКА:
Максимальная скорость физического дрейфа облака электронов в медном проводнике при максимальной, близкой к плавлению провода, плотности тока в 6 ампер на квадратный миллиметр, составляет 0.4 мм/сек!
С какой скоростью колеблются ионы в кристаллической решётке?
Не знаю, но допустим, что они совершают один триллион колебаний в секунду. И также допустим, что они смещаются максимально на всего один Ангстрем от положения равновесия. Тогда получается, что средняя скорость колебательного движения ионов - сто метров в секунду! Как электронное облако, ползущее по проводнику с максимальной скоростью четыре десятых миллиметра в секунду (и это наипредельнейшая скорость дрейфа облака в медном проводнике), может ускорить (разогреть до плавления) ионы кристаллической решётки меди???
Максимальные тепловые (хаотические) скорости электронов в металле при комнатной температуре соответствуют "температуре электронного газа" в 10.000 градусов! И находятся в пределах 600 - 2000 км/сек!
Сравните скорость дрейфа и хаотические скорости! Даже для слабо знающих арифметику разница будет впечатляющей: Доли миллиметра против сотен и тысяч километров в секунду!
Значит всё это запудривание - ВРАНЬЁ!
Моё объяснение.
Согласно данным в учебниках и справочниках, электронный газ в металлах НЕ ИЗМЕНЯЕТ своей энергии до температуры 10.000 градусов! То есть средняя его "температура" сравнима с этой величиной. Так ЧТО вызывает вылет электронов из нагретого металла?
(Максимальный нагрев 2500-3000 градусов.)
Моя гипотеза такова:
Электроны в металле при комнатных температурах удерживаются электрическим полем ионов решётки. При нагреве возрастает скорость, а значит и частота пульсаций фантомных электрических зарядов и это вызывает ослабление общего удерживающего поля. В терминах квантовой физики, потенциальный барьер для внутренних электронов становится НИЖЕ И ТОНЬШЕ. И, наконец он становится таким низким, что даже за счёт туннельного эффекта много электронов могут самопроизвольно "просочиться" из металла. В пользу такого предположения говорит и тот экспериментально известный факт, как наличие "Тока насыщения" в электронных лампах. То есть, если прикладывать между катодом и анодом некоторое растущее по величине напряжение, ток будет расти пропорционально росту напряжения. Но на определённом уровне, при определённой величине напряжения, кривая роста тока изгибается и становится параллельной оси "Х", то есть оси напряжения. И никакое увеличение напряжения тока не увеличивает. "Ток насыщения". Почему?
Общепринятое объяснение таково: ВСЕ электроны, эмитируемые катодом увлекаются приложенным напряжением и потому БОЛЬШЕ электронов нет. Ток не растёт.
Здесь уже поставлена первая лживая ловушка, унитазное затягивание мысли читающего в нужную сточную трубу вранья.
Де, пока всё облако электронов не "рассосётся" (то есть возникнет насыщение), есть возможность для тока увеличиваться с ростом разницы потенциалов между анодом и катодом. А, де, когда это облако, "объёмный заряд", весь устремится к аноду, дальше, видите ли, ехать некуда! Ток насыщения! Враньё наглое и расчитанное на полных идиотов.
Любое, приложенное к электронам поле, действует на них с некоторой силой и ускоряет АБСОЛЮТНО ВСЕ электроны в направлении к аноду!!!
Нет неких избранных электронов, "по складу характера путешественников" и других "домоседов" у катода!
Сторонники этого вранья тоже не дураки. Они придумали отговорку:
Мол, часть электронов в этом облаке, объёмном заряде у катода, ЭКРАНИРОВАНА от поля анода внешними слоями электронов. Но внешние-то слои испытывают силовое действие поля и должны устремиться к аноду, тем самым УНИЧТОЖИВ своё "экранирующее" действие на околокатодные. Кроме того, если бы это было так, то в металлическом проводнике, в котором количество и плотность электронов НАМНОГО БОЛЬШЕ (десять в двадцать второй степени в одном кубическом сантиметре), чем в этом самом облаке, тоже должен был бы наблюдаться эффект экранирования -- "насыщения", который никогда не наблюдался!
Следовательно мы должны признать следующую непреложную истину:
При наложении электрического поля на любое количество свободных электронов ВСЕ они БЕЗ ИСКЛЮЧЕНИЯ будут испытывать некую "электродвижущую силу" и с ускорением двигаться в соответствии с действием этого поля. Поле слабой напряжённости ускоряет их незначительно, большое - придаёт ИМ ВСЕМ большое ускорение. И никаких избранных "ленивцев или активных бегунов" среди электронов нет! Даже если допустить такое странное "различие характера" у электронов, то уже в силу непрерывного теплового хаотического движения, "активные бегуны" немедленно передадут часть своего "бега" под действием поля "ленивцам".
Опять, нам вешают лапшу на уши и требуют, чтобы мы в полном умственном ступоре, как роботы, повторяли эту ложь за учебником или преподавателем!
И ещё.
Когда в ходу были электронные лампы, одной из их характеристик, параметров, было "Внутреннее сопротивление лампы". Вот, те и на. В лампе вакуум, никаких кристаллических решёток, мешающих электронам двигаться, лети себе от катода к аноду! Длина свободного пробега намного больше размера лампы. Так откуда взялось сопротивление? Из формулы закона Ома. Прикладываем к лампе некое напряжение измеряем текущий ток. Делим напряжение на величину тока и получаем сопротивление лампы. Вроде как сам вакуум в лампе "сопротивляется".
В стиле квантовиков, конечно же, можно выдумать и такое: Де, вакуум, то есть ПУСТОТА, он не пустой, как представляется невеждам в физике. Он полон "Виртуальных кристаллических решёток". Вот, об эти виртуальные, но пустые решётки, или хоть пустые, но всё же виртуальные, и спотыкаются летящие электроны! В общем, всё та же идиотская и старющая идея "эфира", всё передающего с огромной скоростью и, одновременно, вроде бы совершенно "бесплотного" для материальных тел.!
Чем такой "кентавр" хуже частицы-волны???
Вполне корректно для физиков звучит термин: "Корпускулярно-волновой дуализм".
Что ж, назовём и мы этот бред о виртуальных вакуумных решётках в том же стиле:
"Решётчато-вакуумный дуализм".
И сразу заодно объясним ЭТИМ передачу световых сигналов: Де, вакуум не мешает движению сквозь него планет, звёзд, галактик, а свет - это НЕ вакуум передает, а КОЛЕБАНИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ ВАКУУМНЫХ РЕШЁТОК!
Чем плоха такая "теория" - комар носа не подточит!!!
А на самом деле - сопротивление потенциального барьера катода вылету из него электронов - это и есть "внутреннее сопротивление лампы",
Следующий логический вопрос по теме тока насыщения: А почему БОЛЬШЕ электронов из катода НЕ выбрасывается? -- Никто не задаёт! Что? "Кончились"? Так ведь из проводов замкнутой цепи в катод непрерывно поступает уйма новых электронов? Значит при определённом уровне эмиссии она ограничена. Чем?
Моя допущение: Уровнем потенциального барьера и его толщиной. Не все электроны могут "просачиваться" через барьер.
Как проверить вышесказанное утверждение?
С помощью явления, называемого "Красная граница фотоэффекта".
Если гипотеза верна, то, по мере нагрева красная граница фотоэффекта будет смещаться в красную сторону, то есть будет тем указывать, что барьер (работа выхода) уменьшается.
При неизменной энергии эмитируемых электронов!
Итак:
Энергия электронов от нагрева не увеличивается!
Колебания решётки с нагревом да, увеличиваются!
Но не решётка передаёт свою хилую тепловую энергию свободным электронам, которые и так энергетически имеют среднюю скорость, соответствующую 10 000 градусов!
Значит речь идёт не об увеличении скорости электронов для вылета из нагретого металла, а об уменьшении работы выхода для тех же электронов.
То есть снижается и утоньшается потенциальный барьер и многие электроны проходят сквозь него за счёт туннельного эффекта.
Проверить эту гипотезу можно, как только что упоминалось, посредством явления фотоэффекта. По мере нагрева металла длина световой волны, (энергия квантов света) способной вызвать фотоэффект постепенно растёт, то есть энергия квантов уменьшается. А это означает, что работа выхода уменьшается, потенциальный барьер снижается!
Осталось необъяснённым, как нагрев уменьшает работу выхода! Как он влияет на удерживающее электроны поле?
Кроме того возникло противоречие:
Если мы допускаем, что сопротивление металла вызвано ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ свободных электронов с ионами решётки, то, из опыта известно, что при нагреве сопротивление металла растёт, то есть увеличивается некое возмущающее движение электронов взаимодействие. Тогда, каким образом это самое увеличившееся возмущение способствует выходу электронов из металла, то есть вызывает термоэлектронную эмисси? Конфликтная ситуация.
Чтобы снять это явное противоречие придумано следующее:
Ещё одна идейка (фантастическая, но интересная, кажется):
В металле при любой температуре образуются и быстро распадаются Куперовские пары. То есть всегда в металле возникают и исчезают Куперовские пары. Пока металл находится при нормальных комнатных температурах потенциальный барьер высок, пары возникают и распадаются внутри металла, НИКАК себя не проявляя.
При очень низких температурах колебания решётки уже не разрушают пары и они вызывают эффект сверхпроводимости.
Но в сильно нагретом металле их "жизнь" весьма коротка.
Зато в нагретом до относительно высоких температур металле сильно снижен потенциальный барьер и Куперовские пары в силу своей "магнитной неактивности" во взаимодействии (суммарный спин пары равен нулю), легко и ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНО, просачиваются, не успев распасться, сквозь барьер наружу, вызывая термоэлектронную эмиссию. То есть термоэлектроны -- это Куперовские пары, которые, вероятно, после просачивания из металла, тут же распадаются.
Эта гипотеза требует всего лишь два допущения:
Потенциальный барьер с нагревом уменьшается и поэтому вероятность туннельного эффекта сквозь него сильно возрастает.
Куперовские пары постоянно и при любых температурах образуются в металле, но очень быстро распадаются (из-за тепловых колебаний решётки) и поэтому при "обычных" условиях себя не проявляют.