真空中的電流

在技​​術意義上，空間被稱為真空，其中的物質與普通氣體介質相比是微不足道的。真空壓力至少比大氣壓力低兩個數量級；在這種情況下，其中幾乎沒有免費的電荷載體。

但據我們所知 電擊 稱為帶電粒子在電場作用下的有序運動，而在真空中，根據定義，沒有足夠數量的帶電粒子足以形成穩定的電流。這意味著為了在真空中產生電流，有必要以某種方式向其中添加帶電粒子。

1879 年，托馬斯·愛迪生 (Thomas Edison) 發現了熱電子輻射現象，如今，熱電子輻射已成為通過將金屬陰極（負電極）加熱到電子開始飛出的狀態來在真空中獲得自由電子的行之有效的方法之一。這種現像被用於許多真空電子設備，特別是真空管。

讓我們將兩個金屬電極放在真空中並將它們連接到直流電壓源，然後開始加熱負電極（陰極）。在這種情況下，陰極內部電子的動能將增加。如果以這種方式額外獲得的電子能量足以克服勢壘（以執行陰極金屬的功函數），那麼這些電子將能夠逃逸到電極之間的空間中。

由於電極之間有 電場 （由上述來源創建），進入該場的電子應開始朝陽極（正極）方向加速，也就是說，理論上，真空中會產生電流。

但這並不總是可能的，並且只有當電子束能夠克服陰極表面上的潛在凹坑時，該凹坑的存在是由於陰極附近出現空間電荷（電子云）。

對於一些電子來說，電極之間的電壓與它們的平均動能相比太低，這不足以離開井，它們會返回，而對於一些電子來說，它會高到足以使電子平靜下來 - 向前並開始被電場加速。因此，施加到電極的電壓越高，離開陰極並成為真空中的載流子的電子就越多。

因此，位於真空中的電極之間的電壓越高，陰極附近的勢阱深度就越小。結果表明，熱電子輻射過程中真空中的電流密度與陽極電壓之間存在一種關係，這種關係稱為朗繆爾定律（以紀念美國物理學家歐文·朗繆爾）或第三定律：

與歐姆定律不同，這裡的關係是非線性的。此外，隨著電極之間的電位差增加，真空電流密度將增加直到發生飽和，這是陰極電子云中的所有電子到達陽極的情況。進一步增加電極之間的電位差不會導致電流增加。 R

不同的陰極材料具有不同的發射率，以飽和電流為特徵，飽和電流密度可以由Richardson-Deshman公式確定，該公式將電流密度與陰極材料的參數聯繫起來：

這裡：

這個公式是科學家根據量子統計推導出來的。