efectul nottingham– degajarea de căldură la catod în timpul emisiei autoelectronice și absorbția de căldură în timpul emisiei câmpului termoionic, datorită diferenței dintre energia medie a electronilor care se apropie de suprafața catodului și o părăsesc. La temperaturi scăzute (cu emisie autoelectronică), distribuția de energie a electronilor practic nu diferă de distribuția Fermi la zero absolut. Prin urmare, electronii cu energii ceva mai mici decât nivelul Fermi trec prin bariera de potențial în vid. În acest caz, emițătorul este încălzit datorită energiei electronilor care vin din circuitul electric către nivelurile eliberate. În cazul emisiei câmpului termoionic (la o temperatură ridicată), electronii lasă niveluri peste nivelul Fermi. Umplerea acestor niveluri cu electroni proveniți din circuit duce la răcirea emițătorului. Descoperit de W. B. Nottingham în 1941.

Efect multer– emisia de electroni în vid dintr-un strat dielectric subțire pe un substrat conducător în prezența unui câmp electric puternic în strat. Descoperit de inginerul radio american L. Malter în 1936 în stratul A1 2 O 3 + Cs 2 O de pe A1. curentul de emisie crește rapid odată cu creșterea tensiunii anodice. Efectul Multer se datorează prezenței unui câmp electric puternic în strat, care duce la emisia de câmp din substrat în strat.

Când corpurile intră în contact cu vidul sau gazele, emisie electronică– eliberarea de electroni de către corpuri sub influența influențelor externe: încălzire ( emisie termică) flux de fotoni ( fotoemisia), fluxul de electroni ( emisie secundară), flux de ioni, câmp electric puternic ( autoelectronice sau emisie rece), influențe mecanice sau alte „stricarea structurii” ( emisie de câmp).

În toate tipurile de emisii, cu excepția celor autoelectronice, rolul influențelor externe se reduce la o creștere a energiei unei părți a electronilor sau a electronilor individuali ai corpului până la o valoare care le permite să depășească pragul potențial de la limita corp, urmat de ieșire și vid sau alt mediu.

Efect multer se aplica:

O metodă pentru controlul adâncimii unui strat de suprafață perturbat de plachete semiconductoare, caracterizată prin aceea că, pentru a permite automatizarea și simplificarea procesului de control, placheta este încălzită la o temperatură corespunzătoare maximului emisie exoelectronica, care este controlată prin una dintre metodele cunoscute, iar poziția vârfului de emisie determină adâncimea stratului deteriorat;

O turbină electronică care conține un catod și un anod plasate într-un cilindru de vid și un rotor cu palete plasate între ele, caracterizată prin aceea că, pentru a crește cuplul pe arborele turbinei, rotorul acesteia este realizat sub forma unui set de coaxiale. cilindrii cu palete, palete fixe de ghidare sunt instalate între cilindrii rotorului o acoperire care asigură emisia secundară de electroni, de exemplu, antimoniu-cesiu. În cazul emisiei autoelectronice, un câmp electric extern transformă pragul de potențial la limita corpului într-o barieră de lățime finită și își reduce înălțimea față de înălțimea pragului inițial, în urma căruia devine posibil. tunelare mecanică cuantică electroni prin barieră. În acest caz, emisia are loc fără consum de energie de către câmpul electric;

O metodă de măsurare a concentrației volumetrice de hidrocarburi în sistemele de vid prin descompunerea termică a hidrocarburilor pe un catod de câmp ascuțit încălzit și înregistrarea timpului de acumulare a carbonului pirolitic la una dintre concentrațiile de referință, caracterizată prin aceea că, pentru a crește precizia măsurării, timpul de acumulare a carbonului se înregistrează prin modificarea valorii curentului autoelectronic. Prezența peliculelor dielectrice subțiri pe suprafața metalului în câmpuri puternice nu interferează cu trecerea electronilor prin bariera de potențial. Acest fenomen se numește efectul Molter;

Tub de stocare cu fascicul catodic cu grile de ecran, caracterizat prin aceea că, în scopul stocării înregistrării pe o perioadă nedeterminată de timp, una dintre grilele de ecran care servește ca purtător de potențial este realizată din metale care emit emisie secundară de electroni, acoperită cu o peliculă dielectrică și având efect.

Tunnelul de electroni prin barierele de potențial este utilizat pe scară largă în dispozitivele semiconductoare speciale - diode tunel. Înălțimea barierei tunelului poate fi influențată nu numai de câmpul electric, ci și de alte influențe.

De asemenea, este utilizat într-un dispozitiv care permite detectarea domeniilor magnetice cu un diametru interior de cel mult 1 micron, pe baza determinării modificării nivelului Fermi a electrodului investigat prin modificarea înălțimii barierei tunelului și prin efectul acesteia asupra valoarea rezistenței, joncțiunea tunelului. Dispozitivul este aplicabil în dispozitivele de memorie magnetice nevolatile și cu acces aleatoriu.

Și, de asemenea, în dispozitivul de măsurare a presiunii de contact a benzii pe capul magnetic, care conține elemente elastice și senzori, caracterizat prin aceea că, pentru a efectua simultan măsurarea integrală și discretă a presiunii indicate, dispozitivul de măsurare este realizat în forma unui semicilindru, constând din elemente elastice care se formează pe capul magnetic al corpului, în timp ce cealaltă margine a semicilindrului este eliberată, iar sub fiecare bandă de pieptene este instalat un senzor, de exemplu, cu efect de tunel. .

efect de tunel– depășirea unei bariere potențiale de către o microparticulă în cazul în care energia sa totală este mai mică decât înălțimea barierei. Probabilitatea trecerii prin barieră este principalul factor care determină caracteristicile fizice ale efectului de tunel. Această probabilitate este cu atât mai mare, cu cât masa particulei este mai mică, cu atât bariera potențială este mai îngustă și cu atât îi lipsește particulei mai puțină energie pentru a atinge înălțimea barierei. În cazul unei bariere de potențial unidimensionale, caracteristica este coeficientul de transparență al barierei, care este egal cu raportul dintre fluxul de particule care trece prin aceasta și fluxul care alimentează bariera. Un analog al efectului de tunel în optica undei: pătrunderea unei unde luminoase într-un strat reflectorizant în condițiile în care, din punctul de vedere al opticii geometrice, are loc o reflexie internă totală.

Aplicare: in elemente radio bazate pe efectul tunel - diode tunel.

Emisia termoionică- emisia de electroni de către corpurile încălzite în vid sau în alte medii. Numai acei electroni pot părăsi corpul, a căror energie este mai mare decât energia unui electron în repaus în afara corpului. Numărul de astfel de electroni la T-300 K este foarte mic și crește exponențial cu temperatura. Prin urmare, curentul de emisie termoionică este vizibil doar pentru corpurile încălzite. În absența unui câmp electric „de aspirație”, electronii emiși formează o sarcină spațială negativă lângă suprafața emițătorului, care limitează curentul de emisie termoionică.

Emisia termoionică stă la baza funcționării catozilor termoelectrici utilizați în multe dispozitive de electrovacuum și de descărcare în gaz.

Convertorul de energie termoionică este un dispozitiv pentru transformarea energiei termice în energie electrică pe baza fenomenului descris mai sus. Acțiunea sa se bazează pe următorul proces: electronii „se evaporă” din catod (suprafață metalică fierbinte cu funcție de lucru ridicată), care, zburând prin golul interelectrod, se „condensează” pe anod (metal rece); curentul curge în circuitul extern; randamentul acestuia depășește 20%.

Emisia ion-electron– emisia de electroni de către suprafața unui corp solid în vid în timpul bombardării suprafeței cu ioni; Coeficientul de emisie ion-electron y este egal cu raportul dintre numărul de electroni emiși n i și numărul de ioni incidenti pe suprafața n j . Pentru ionii lenți, y practic nu depinde de energia și masa mj, ci depinde de sarcina lor (pentru ionii încărcați individual, y ≈ 0,2, pentru ionii cu încărcare multiplă, y poate depăși unitatea).

Emisia ion-electron depinde, de asemenea, de energia de ionizare și excitație a ionilor de funcția de lucru a substanței țintă. Când viteza ionilor atinge 6-7-10 6 cm / s, caracterul său se schimbă dramatic.

La început, y crește proporțional cu ej, apoi pe măsură ce (si)" 2 , la Vj = 10 8 - 10 9 cm/s, se atinge un maxim, apoi are loc o scădere.

Dacă un ion lent se apropie de suprafața unui corp solid, atunci electronul corpului solid poate merge la ion și îl poate neutraliza. O astfel de tranziție este însoțită de eliberarea de energie și unii dintre electronii care au primit-o pot părăsi corpul. Când este bombardat de ioni rapizi, are loc un schimb electric intens, în care electronul zboară în vid.

Vidul este înțeles ca un gaz sau aer într-o stare de cea mai mare rarefacție (presiune de ordinul ). Vidul este un mediu neconductor, deoarece conține o cantitate nesemnificativă de particule de materie neutre din punct de vedere electric.

Pentru a obține un curent electric în vid, este nevoie de o sursă de particule încărcate - electroni, iar mișcarea electronilor în vid are loc practic fără ciocniri cu particulele de gaz.

Sursa de electroni este de obicei un electrod metalic - catodul. În acest caz, fenomenul eliberării electronilor de pe suprafața catodului în mediu inconjurator numită emisie de electroni.

Electronii liberi dintr-un metal în absența unui câmp electric extern se mișcă aleatoriu între ionii rețelei cristaline.

Orez. 13-6. Strat electric dublu pe suprafața metalică.

La temperatura camerei, niciun electron nu scapă din metal din cauza valorii insuficiente a energiei lor cinetice. O parte din electronii cu cea mai mare energie cinetică, în timpul mișcării lor, depășește suprafața metalului, formând un strat de electroni, care, împreună cu stratul de ioni pozitivi ai rețelei cristaline situat sub acesta în metal, formează un dublu. stratul electric (Fig. 13-6). Câmpul electric al acestui strat dublu contracarează electronii care tind să părăsească conductorul, adică este inhibitor pentru ei.

Pentru ca un electron să treacă dincolo de suprafața metalului, este necesar ca electronul să transmită energie egală cu munca pe care trebuie să o facă pentru a depăși efectul de întârziere al câmpului dublu strat. Acest lucru se numește funcție de lucru. Raportul dintre energia de ieșire și sarcina electronului se numește potențial de ieșire, adică .

Munca (potenţialul) de ieşire depinde de natura chimică a metalului.

Valorile potențialului de ieșire pentru unele metale sunt date în tabel. 13-1.

Tabelul 13-1

În funcție de modul în care energia suplimentară necesară ieșirii din metal este împărțită electronilor, se disting tipurile de emisie: termoionică, electrostatică, fotoelectronică, secundară și sub impactul particulelor grele.

Emisia termoionică este fenomenul de eliberare a electronilor din catod, datorat exclusiv încălzirii catodului. Când un metal este încălzit, viteza electronilor și energia lor cinetică cresc, iar numărul de electroni care părăsesc metalul crește. Toți electronii care ies din catod pe unitatea de timp, dacă sunt îndepărtați din catod de un câmp extern, formează electricitate emisii. Pe măsură ce temperatura catodului crește, curentul de emisie crește la început lent, apoi din ce în ce mai repede. Pe fig. 13-7 curbe ale densității curentului de emisie, adică curentul de emisie pe unitatea de suprafață a catodului, exprimat în A/cm2, sunt date în funcție de temperatura T pentru diferiți catozi.

Orez. 13-7. Curbele de densitate a curentului de emisie în funcție de temperatură pentru diferiți catozi: a - oxid; b - wolfram, acoperit cu toriu; c - wolfram neacoperit.

Dependența densității curentului de emisie de temperatură și funcția de lucru este exprimată prin ecuația Richardson-Dashman:

unde A este constanta de emisie; pentru metale este egal cu; T este temperatura absolută a catodului, K; - baza logaritmilor naturali; - functia de lucru, eV; este constanta Boltzmann.

Astfel, densitatea curentului de emisie crește proporțional și astfel încât este nevoie de un catod dintr-un material cu funcție de lucru redusă și temperatură ridicată de funcționare pentru a obține un curent de emisie mare.

Dacă electronii care au zburat din catod (electronii emiși) nu sunt îndepărtați din acesta printr-un câmp extern de accelerare, atunci se acumulează în jurul catodului, formând o sarcină negativă de volum (nor de electroni), care creează un câmp electric de decelerare în apropiere. catodul, care împiedică scăparea ulterioară a electronilor din catod.

Emisia electrostatică de electroni este fenomenul de eliberare a electronilor de pe suprafața catodului, datorită exclusiv prezenței unui câmp electric puternic în apropierea suprafeței catodului.

Forța care acționează asupra unui electron într-un câmp electric este proporțională cu sarcina electronului și cu intensitatea câmpului F - ee. La o putere suficient de mare a câmpului de accelerare, forțele care acționează asupra unui electron situat lângă suprafața catodului devin suficient de mari pentru a depăși bariera de potențial și a ejecta electronii din catodul rece.

Emisiile electrostatice sunt utilizate în supapele de mercur și în alte aparate.

Emisia fotoelectronica este fenomenul de eliberare de electroni, datorat exclusiv actiunii radiatiei absorbite de catod, si nu este asociata cu incalzirea acestuia. În acest caz, electronii catodici primesc energie suplimentară din particulele de lumină - fotoni.

Energia radiantă este emisă și absorbită de anumite porțiuni - cuante. Dacă energia cuantică, determinată de produsul constantei Planck al frecvenței de radiație v, adică, mai multă muncă ieșire pentru materialul acestui catod, atunci electronul poate părăsi catodul, adică va avea loc emisia de fotoelectroni.

Emisia fotoelectronică este utilizată în celulele solare.

Emisia de electroni secundari este fenomenul de ieșire a electronilor secundari, datorat exclusiv impactului electronilor primari asupra suprafeței unui corp (conductor, semiconductor). Electronii zburători, numiți primari, care întâlnesc un conductor pe drum, îl lovesc, pătrund în stratul său de suprafață și dau o parte din energia lor electronilor conductorului. Dacă energia suplimentară primită de electroni la impact este mai mare decât funcția de lucru, atunci acești electroni pot depăși conductorul.

Emisia secundară de electroni este utilizată, de exemplu, în fotomultiplicatoare pentru a amplifica curentul.

Emisia secundară poate fi observată în tuburile vidate în care anodul este expus electronilor care zboară din catod. În acest caz, electronii secundari pot crea un flux opus celui „de lucru”, ceea ce înrăutățește funcționarea lămpii.

Emisia de electroni sub impactul particulelor grele este fenomenul de eliberare de electroni, datorat exclusiv impactului ionilor sau atomilor (molecule) excitați pe suprafața corpului - electrodul. Acest tip de emisie este similar cu emisia de electroni secundari considerată mai sus.

ELECTRONICA INDUSTRIALA

Capitolul XII

DISPOZITIVE EV

În ceea ce privește automatizarea Procese de producție electronica industrială, știința utilizării tehnice a dispozitivelor electronice, ionice și semiconductoare, a căpătat o mare importanță în toate ramurile industriei.
caracteristica principală aparate electronice(tuburi electronice) constă în faptul că trecerea curentului electric în ele este asociată cu mișcarea electronilor în vid, iar controlul electronilor în mișcare este efectuat de un câmp electric.
Dispozitive ionice numite dispozitive în care curentul electric este un flux de electroni și particule încărcate - ioni într-un mediu gazos foarte rarefiat sub acțiunea forțelor câmpului electric.
dispozitive semiconductoare sunt astfel de dispozitive în care un curent electric este creat de electroni și găuri care se deplasează sub influența unui câmp electric (procesele asociate conducerii găurilor sunt descrise în § 146 din Capitolul XIV) într-un mediu semiconductor.

§ 126 Emisia electronică

Funcționarea dispozitivelor electronice și ionice se bazează pe utilizarea emisiei de electroni. Acesta din urmă constă în eliberarea electronilor de pe suprafața metalelor într-un vid sau într-un gaz rarefiat. Mișcarea acestor particule încărcate electric creează un curent în dispozitivele electronice și ionice. Principalele tipuri de emisii de electroni utilizate în electronică sunt termoionice, electronice secundare și fotoelectronice.
Emisia termoionică.În metale, în jurul fiecărui atom există electroni care sunt legați de el. Unii dintre acești electroni, smulși din nucleele lor, sunt în mișcare aleatorie. Viteza mișcării haotice a acestor electroni liberi depinde de temperatura metalului: cu cât temperatura este mai mare, cu atât electronii se mișcă mai repede.
La anumite temperaturi (900 - 1000 ° C și mai sus), viteza de mișcare a unei părți a electronilor devine atât de semnificativă încât, depășind forțele de atracție ale nucleelor ​​atomilor, ei ies din metal și zboară din el. . Acest fenomen se numește emisie termoionică.
Metalele diferite au un număr diferit de electroni emiși la aceeași temperatură. Sodiul, potasiul, cesiul, bariul și unele alte metale au cea mai mare emisie termoionică.
La temperaturi foarte ridicate, metalul încălzit începe să se evapore și acest lucru limitează posibilitatea creșterii emisiei termoionice prin creșterea temperaturii.
Emisia secundară de electroni. Dacă o placă metalică este plasată în vid la o anumită distanță de electrodul din care sunt emiși electronii și i se aplică un potențial pozitiv, atunci electronii emiși de la suprafața electrodului, purtând o sarcină electrică negativă, vor fi atras de farfurie și a lovit-o cu viteză mare. Sub impactul electronilor care zboară rapid, alți electroni vor fi eliminați de pe suprafața acestei plăci, numite electroni cu emisie secundară.
Una dintre varietățile de emisie secundară este emisia de electroni sub influența bombardării materialelor de către particule încărcate electric - ioni, a căror masă este mult mai mare decât masa electronilor. Emisia de electroni de pe suprafața materialelor sub acțiunea bombardamentului ionic este utilizată în funcționarea dispozitivelor ionice.
Emisia fotoelectronica. Emisia fotoelectronică are loc sub influența razelor luminii, ultraviolete și a altor razele care cad pe suprafața materialelor.
Fluxul luminos poate fi considerat ca un flux de particule minuscule numite fotonii.
Viteza fotonilor (viteza luminii) este de aproximativ 300.000 km/s. Fotonii, lovind suprafața materialului, scot electronii din acesta.
Se numește fenomenul în care electronii sunt ejectați dintr-un material sub influența energiei luminii efect fotoelectric. Acest fenomen este utilizat în fotocelule.

26.07.14 11:28

Emisia electronică este plecarea unui electron dintr-un metal (sau orice alt corp) și trecerea acestuia într-o altă fază (gaz sau vid) sub acțiunea energiei suplimentare transmise electronului din exterior. Deși în atomii stratului de suprafață al oricărui corp, electronii se află la niveluri energetice diferite și, prin urmare, au energii diferite, fără aprovizionare cu energie din exterior, doar o foarte mică parte a acestora (acei electroni care au energie crescută) pot trece prin bariera de potențial și intră într-o altă fază; electronii rămași rămân întotdeauna în atomii și moleculele lor.

Se observă mai multe tipuri de emisii de electroni (foto, termice etc.), inclusiv emisia autoelectronice (rece) - ejecția electronilor sub acțiunea câmpurilor electrice puternice. Cel din urmă tip de emisie necesită un gradient de câmp foarte mare. N. A. Krotova, V. V. Karasev, Yu.

Valorile potențialelor de descărcare, golurile dintre film și substrat și densitatea de electrificare a suprafețelor au fost obținute de autori pe baza calculelor folosind un grafic auxiliar (curba Paschen) și energia sa presupus că stratul dublu electric este egal cu munca maximă de separare.

Experimentele privind stabilirea emisiei de electroni în timpul desprinderii peliculelor de pe substrat au fost efectuate cu ajutorul unui aparat de măsurare a aderenței în vid la o presiune de aproximativ 10-5 mm Hg. Artă. Un ecran fluorescent a fost plasat pe o placă de sticlă pe limita de separare la o distanță de 1 cm. Ecranul a fulgerat cu lumină verde-albăstruie când diferite filme de polimer au fost îndepărtate de pe substratul de sticlă în vid; în întuneric, strălucirea era clar vizibilă chiar și la o distanță de câțiva metri.

S-a observat că placa de sticlă strălucește și cu o lumină verzuie în locurile unde filmul este rupt.
Înnegrirea plăcii fotografice

În consecință, radiația apare la limita de separare, ceea ce provoacă fluorescența ecranului și a sticlei. Experimente ulterioare au arătat că această radiație provoacă și o înnegrire a plăcii fotografice dacă este fixată în locul ecranului fluorescent. Placa fotografică s-a înnegrit la desprinderea de pe substrat a celor mai diverși polimeri înalți din structura lor: cauciucuri naturale și sintetice, gutapercă, poliizobutilenă, diverși eteri de celuloză, polimeri vinilici etc.

Radiația a fost observată atunci când acești polimeri au fost desprinși atât din sticlă, cât și din metal. Autorii au concluzionat că această radiație nu putea fi nici raze X, nici lumină vizibilă: era un flux de electroni. Ei sunt convinși de acest lucru și prin experiența lor în studierea influenței unui câmp magnetic asupra radiațiilor. După cum se știe, fotonii, adică vizibili și razele X dintr-un câmp magnetic nu se abat de la calea lor rectilinie: câmpul magnetic nu acționează asupra lor.

Particulele încărcate pozitiv sau negativ se comportă diferit: primele deviază spre polul negativ, cele din urmă spre pozitiv. La o intensitate a câmpului magnetic de aproximativ 25-30 oersted, autorii au reușit să obțină o imagine destul de clară a unui fascicul de electroni nedeflexat și deviat.

LA timpuri recente(1965-1966), autorul cărții, împreună cu Yu. M. Evdokimov, a investigat fenomenele electrice la limita de contact substrat-adeziv folosind o nouă metodă. A fost studiată aderența unor polimeri la sticlă silicată și metale (oțel de gradul X și 1Kh18N9T). Polimerii aleși au fost eteri de celuloză (acetobutirat (ABC), acetopropionat și tripropionat de celuloză), clorosulfopolietilenă și plasture adeziv.

Lipirea acestor polimeri pe substraturi a fost preparată prin turnarea soluțiilor de polimeri 10% în solvenți corespunzători (acetonă, tetraclorură de carbon) pe suprafețele degresate ale substraturilor, cu excepția plasturelui lipicios, care a fost duplicat cu substratul prin rulare cu o rolă de cauciuc.
Emisia electronica

Fenomenele electrice ale sistemelor selectate (substrat + peliculă) au fost studiate pe un aparat de măsurare a aderenței în vid și după metoda propusă de B. V. Deryagin și N. A. Krotova.

După detașare, suprafețele deconectate ale tuturor sistemelor aveau sarcini electrice de semn opus, care au fost monitorizate cu un electrometru cu șir (vezi descrierea acestuia mai jos). Sticla și metalele au fost încărcate pozitiv în toate cazurile, iar suprafețele polimerice detașate au fost încărcate negativ. Au fost obținute fotografii ale emisiei de electroni care rezultă din separarea filmelor polimerice de sticlă și metale.

Emisia electronică a fost găsită în toate sistemele studiate. Fotografiile arată înnegrirea neuniformă a plăcii. Aparent, centrii de emisie de electroni apar ca urmare a detașării regiunilor individuale ale polimerului de substrat. Se vede clar că radiația se desfășoară paralel cu suprafața filmului: cea mai mare radiație este vizibilă la limita de separare și cea mai mică radiație este observată pentru filmul de polimer emițător.

Când clorosulfopolietilena este desprinsă de sticlă, se obțin flash-uri separate, care, aparent, apar atunci când secțiuni separate ale polimerului sunt desprinse de sticlă; Odată cu îndepărtarea limitei de separare de pe placă, nu se observă înnegrirea plăcii fotografice, cel mai probabil din cauza intensității scăzute a radiației.

Emisia de electroni este confirmată și de o captură de ecran din hârtie atunci când placa fotografică este expusă la radiații observate atunci când filmul polimeric este desprins de substrat. Fotografia arată clar o zonă întunecată - o consecință a ecranării razelor de către un ecran de hârtie și zone luminoase - rezultate ale acțiunii pe placa de electroni care nu au întâlnit un ecran opac în drumul lor. Aceste imagini servesc drept dovezi directe ale emisiei de electroni, ceea ce indică un anumit rol al forțelor electrice care realizează aderența corpurilor la contact.

Cursul 2

Formarea ionilor negativi

S-a stabilit că halogenii în timpul ionizării sunt capabili să adauge electroni pentru a forma ioni negativi (halogeni: F, Cl, Br, J). F are cea mai mare afinitate electronică, care este adesea introdusă în arc sub formă de săruri (CaF2) pentru a suprima porozitatea metalului de sudură. Atașarea ionilor negativi de către atomii F duce la o scădere a concentrației de electroni liberi în plasma arcului, deși numărul total de particule încărcate rămâne constant. Electronii transportă cea mai mare parte a curentului. Ionii F negativi sunt particule grele, cu mișcare lentă, care efectuează transferul de curent mult mai rău. Prin urmare, atunci când în zona de sudare sunt introduse substanțe care conțin F, stabilitatea arderii arcului se deteriorează brusc, în special la sudarea cu curent alternativ. Prin urmare, electrozii de tip UONI 13/45, care conțin o cantitate semnificativă de CaF2 în compoziția lor, sunt utilizați în curent continuu. Dacă sudarea trebuie făcută pe curent alternativ, atunci substanțele ionizante sunt introduse în compoziția unor astfel de acoperiri sau se utilizează stabilizarea arcului cu oscilatoare sau generatoare de impulsuri.

Emisia de electroni de pe suprafața catodului

Pentru a scoate un electron din catod, este necesar să depășim forțele de atracție ale electronului de către sarcinile pozitive ale catodului. Pentru a face acest lucru, trebuie să cheltuiți o anumită cantitate de muncă, care se numește funcție de lucru. Valoarea funcției de lucru depinde de materialul catodului și de starea suprafeței acestuia (prezența oxidului și a altor filme). Pentru procesul din arcul de sudare, două tipuri de emisie de electroni sunt de importanță primordială: termoionică și autoelectronică.

Emisia termoionică apare atunci când suprafața catodului este încălzită. În acest caz, electronii individuali pot primi energie suficientă pentru a îndeplini funcția de lucru și a părăsi suprafața catodului. În absența unui câmp electric, un nor de electroni se formează deasupra suprafeței catodului și procesul ulterioar de emisie de electroni se oprește.

În timp, electronii individuali din sarcina spațială revin în corpul de încărcare și sunt atrași în metal. Electronii sunt emiși și atrași simultan înapoi în metal. În timpul încălzirii prelungite a metalului cu temperatura constanta se stabilește o densitate de emisie de echilibru (numărul de electroni emiși este egal cu numărul de atrage).

Densitatea curentului electronic poate fi calculată folosind formula:

j = AT 2 exp(-j/kt)

unde j este funcția de lucru.

Pe măsură ce temperatura crește, densitatea curentului de emisie termoionică crește. La temperatura arcului de sudare se stabilește o astfel de densitate de emisie termoionică care este suficientă pentru a menține o descărcare stabilă a arcului.

Emisia de câmp. Pentru a facilita emisia de electroni din metal, metalul încălzit - catodul este plasat într-un câmp electric alternativ. Polii de câmp sunt aranjați astfel: ²-² pe metal, ²+² pe electrodul opus - anodul.

Câmpul electric distruge complet sau parțial sarcina electrică spațială. Acest lucru facilitează emisia de electroni din catod și crește densitatea de emisie de echilibru, care este calculată din aceeași dependență.

Ecuația pentru curentul de emisie termică și de câmp ia forma:

Într-un câmp electric, funcția de lucru a unui electron scade cu cantitatea

Δj= 0 3/2 E 1/2,

unde E este puterea câmpului.

Emisia sub influența unui câmp electric se numește autoelectronic. Sudarea se caracterizează prin ambele tipuri de emisie.

Reducerea funcției de lucru de pe suprafața electrodului poate servi drept una dintre modalitățile de stabilizare a descărcării arcului.

Tabel - Funcția de lucru de la suprafața catodului pentru diverse materiale

În prezența filmelor de oxizi pe suprafața electrodului, funcția de lucru este redusă semnificativ, în special reducerea puternică a filmelor j de oxizi de alcali și metale alcalino-pământoase. Pentru a îmbunătăți stabilitatea arcului în timpul sudării W electrozi, oxizii sunt introduși în compoziția electrozilor La, astfel de electrozi se numesc lantanați. Electrozii utilizați anterior au conținut 1,5-2,5% dioxid de toriu. VT-15 și VT-25 (1,5-2,5% dioxid de toriu). Arcul nu rătăcește peste suprafața metalică.

În străinătate și în țara noastră s-au încercat creșterea stabilității prin reducerea j electronului de pe suprafața electrodului consumabil. Pentru aceasta s-a folosit un fir activat; acoperit cu un strat subțire de sare. Cel mai bun efect este dat de sărurile de cesiu (oferă un potențial de ionizare scăzut). În acest caz, picăturile de metal topit sunt zdrobite.