Reja: Metallarda elektr toki

k – Bolsman doimiysi; T – katodning absolyut harorati.
Tok zichligining haroratga bog‘liq grafigi 2b-rasmda keltirilgan. Grafikdan ko‘rinadiki, to‘yinish toki bilan harorat orasidagi bog‘lanish nihoyatda tik. Temperatura oz miqdorda o‘zgarganda, to‘yinish toki juda katta qiymatga oshadi. Richardson-Deshmen formulasidan yana shu narsa aniqki, chiqish ishi biroz kamayganda ham to‘yinish tokining qiymati katta miqdorga oshadi. Shu boisdan katod chiqish ishi kichik bo‘lgan metallardan tayyorlangani ma’qul. Yana katod sirti ishqoriy yer metallari yoki toriy bilan qoplanganda ham elektronlarning chiqish ishi ancha kamayishi aniqlangan.
Ba’zan, radiolampalar yoki kineskoplar katodlarining emissiyasi yomonlashganligi uchun yaroqsiz bo‘lib qoladi. Bu hollarda katod temperaturasini oshirish yo‘li bilan termoeletron emissiyani tiklash imkoniyati ham bor.
Termoelektron emissiya hodisasi hozirgi zamon elektrotexnikasi va radiotexnikasida katta ahamiyat o‘ynaydi. Kenotronlar, kuchaytirgich lampalar va shu kabilarning ishlashi termoelektron emissiya hodisasiga asoslangandir.
Termoelektron emissiya radioelektronika qurilmalarining eng asosiy elementlari bo‘lmish elektron lampalarda keng qo‘llaniladi. Elektron vakuum lampalar (bu lampalarda vakuum 10^-6¸10^-9 mm. sim. ust. ga teng)ning asosiy elektrodlaridan biri – katoddir.
Elektron lampalar quyidagi maqsadlar uchun qo‘llaniladi:
1) o‘zgaruvchan tokni o‘zgarmas tokka aylantirish, ya’ni to‘g‘rilagich sifatida;
2) har xil chastotali elektr tebranishlarni kuchaytirish, ularni hosil qilishda.
Ikki elektrodli lampalar, uch elektrodli, to‘rt va besh elektrodli lampalar mos ravishda, triod, tetrod va pentod deyiladi.
O‘zgaruvchan tokni to‘g‘rilashda ishlatiladigan ikki elektrodli lampalarga kenotronlar deyiladi, ya’ni o‘zgaruvchan tok to‘g‘rilagichi sifatida ishlatilgan diod kenotron deb ataladi.
Diod ikki xil bo‘ladi: bevosita cho‘g‘lanuvchi katodli diod (3a-rasm), bilvosita cho‘g‘lanuvchi katodli diod (3b-rasm). Triodda katod bilan anod oralig‘ida uchinchi elektrod – to‘r joylashtirilgan (3v-rasm). Shu elektrod yordamida anod tokini boshqarish mumkin. Shu sababli bu elektrod “boshqaruvchi” to‘r deyiladi. Bu to‘rda kuchlanishning ozgina o‘zgarishi, anod tokining keskin o‘zgarishiga olib keladi. Agar “boshqaruvchi” to‘rda kuchlanish nolga teng bo‘lsa, triod diodga aylanadi.


A A A


K to‘r

K cho‘g‘lantirgich K
a) b) v)
3-rasm.
Triod radiotexnikada va aloqa texnikasida elektr tebranishlarini kuchaytirish, so‘nmas tebranishlar olish uchun keng qo‘llaniladi. Oxirgi vaqtlarda elektron – vakuum lampalar o‘rnini yarim o‘tkazgichli diod, triodlar olmoqdalar. Bu asboblar mustahkamligi, mittiligi va boshqa xususiyatlari bilan hozirgi zamon elektronikasida keng o‘rin olgan.
Radiolampalardan tashqari termoelektron emissiya elektron-nur trubkalar (kineskoplar)da va umuman, elektronlar oqimi hosil qilish lozim bo‘lgan qurilmalarda keng qo‘llaniladi.
Turli metallar (yoki yarim o‘tkazgichlar), metallar bilan yarim o‘tkazgich yoki dielektriklar bir-biriga tegishi yoki kontaktda bo‘lishi natijasida hosil bo‘lgan potensiallar farqi potensiallar ayirmasi deyiladi. Metallar orasida hosil bo‘lgan potensiallar ayirmasini ko‘ramiz. Chiqish ishi A₁ va A₂ bo‘lgan ikki metallni kontaktga keltiraylik. Birinchi metallning chiqish ishi A₁ ikkinchi metallning chiqish ishi A₂ dan kichik bo‘lsin (A₁ < A₂) (4a-rasm).
1 2 1 2

+ -

A₁ e A₂

+ -

n₁ e n₂

a) A₁ < A₂ b) n₂ < n₁
4-rasm.
Metallarning bir-biriga tegishish sirti orqali erkin elekt-ronlarning birinchi metalldan ikkinchi metallga ko‘chishi sodir bo‘ladi, buning natijasida birinchi metall musbat, ikkinchi metall manfiy zaryadlanib qoladi. Bunda hosil bo‘ladigan potensiallar ayirmasi quyidagiga teng bo‘ladi:
(19)
Endi erkin elektronlar konsentratsiyasi har xil bo‘lgan (n₂ < n₁) metallar kontaktini ko‘rib chiqaylik (4b-rasm). Agar n₂ < n₁ bo‘lsa, erkin elektronlarning birinchi metalldan ikkinchi metallga o‘tishi (diffuziya) boshlanadi. Natijada birinchi metall musbat, ikkinchisi manfiy zaryadlanib, ular orasida potensiallar ayirmasi hosil bo‘ladi. Uning qiymati erkin elektronlar konsentratsiyasiga va temperaturaga bog‘liq bo‘lib, quyidagi shaklda yoziladi:
(20)
(19) va (20) formulalarni hisobga olib, erkin elektronlar konsentratsiyasi va chiqish ishlari har xil bo‘lgan metallarning to‘liq kontakt potensiallari ayirmasi uchun quyidagi formulani yozamiz, ya’ni:
(21)
Bu formuladan Voltaning birinchi qonuni kelib chiqadi. Bu qonunga asosan, kontakt potensiallar farqi metallarning harakteristikalari – chiqish ishi, erkin elektronlar konsentratsiyasi va temperaturaga bog‘liq.
Faraz qilamiz, bir necha metall bir-birlari bilan kontaktda bo‘lsin (5-rasm). Bu metallarning chiqish ishlari bir-birilariga teng bo‘lmasin. Voltaning ikkinchi qonuniga asosan, ular o‘rtasida hosil bo‘ladigan potensiallar ayirmasi ikki chekkadagi metallar hosil qilgan potensiallar ayirmasiga teng, ya’ni:
(22)

1 2 3 4 5 6

φ1 φ1

φ2 φ2

φ3 φ1

φ4 φ4

φ5 φ5

φ6 φ6

5-rasm.
Demak, uch va undan ortiq xildagi metallar kontaktga keltirilsa, tizimning to‘liq kontakt potensiallar ayirmasi oraliqdagi metallarning tabitaiga bog‘liq emas ekan. Bu farq ikki chekkadagi metallarning tabiati bilan belgilanar ekan, xolos.

Faraz qilaylik, 1 va 2 metallar berilgan bo‘lib, bu metallarning kontaklarida T₁ va T₂ temperaturalar har ixl bo‘lsa (6a-rasm), bu metallar orasida hosil bo‘lgan elektr yurituvchi kuchi kontakt qismlarida U₁₂ va U₂₁ kontakt potensiallar ayirmasini yig‘indisiga teng, ya’ni:
(23)
yoki
(24)
(25)
(25) formula bilan aniqlangan EYUK hosil bo‘ladi. Demak, ikki xil metalldan tuzilgan berk zinjirning kavsharlangan qismlari har xil temperaturaga ega bo‘lsa, bu zanjirda (25) bilan aniqlangan EYUK yuzaga kelar ekan. Bu EYUK odatda, termoelektr yurituvchi kuch deyiladi.

2

T₁ 1 T₂

G



U₁₂ U₂₁ T_x T₀
a) b)
6-rasm.

Yuqoridagi ifodaga belgilash kiritaylik. U holda termoelektr yurituvchi kuch quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi, ya’ni:

(26)
Ya’ni ikki xil kavsharlangan metallar tizimidagi termo EYUK temperaturaning o‘zgarishiga to‘g‘ri proporsional.
Termoelektr yurituvchi kuch (26) tenglama bilan aniqlangan termoelektr hodisasi 1821 y ilda T.I.Zeebek tomomnidan kashf etilgan. Bu usul bilan issiqlik energiyasini elektr energiyasiga aylantirishdagi foydali ish koeffitsiyenti 0,1 %dan oshmaydi. Zeebek hodisasiga asoslangan termoelektr generatordan tok manbai sifatida foydalanish amaliy ahamiyatga ega emas. Lekin tabiiy energiya manbalari kamayib borayotgan hozirgi davrda quyosh energiyasiga boy bo‘lgan o‘lkalarda Zeebek hodisasi kuchli bo‘lgan moddalardan (yarim o‘tkazgichlar) yaratilgan generatorlar amaliy ahamiyatni kasb etmoqda. Bu sohada O‘zbekiston va Turkmaniston respublikalari olimlarining termoeletrik generatorlarining samaradorligini oshirishda olib borayotgan ilmiy izlanishlari yaxshi natijalar berishi mumkin.
Temperaturani va bosimni o‘lchaydigan ayrim o‘lchov asboblarning ishlash prinsiplari Zeebek hodisasiga asoslangan. Bu asboblarning asosiy elementi termoparadir. O‘zaro kavsharlangan ikki xil metall juftiga termopara deyiladi. Ularning aniqlik darajasi juda yuqori. 6b-rasmda ikki juft termoparalardan biri temperaturasi T_x noma’lum bo‘lgan muhitga kiritiladi. Ikkinchisi temperaturasi aniq o‘lchangan muhitga tushiriladi. Zanjirdagi termo EYUKni o‘lchaydigan galvonometr temperaturaga moslab darajalangan. Uning ko‘rsatishi orqali noma’lum temperatura o‘lchanadi.
Zeebek hodisasini kuzatishga mo‘ljallangan 6a-rasmdagi zanjirning kavsharlangan qismlardagi temperaturalarni tenglashtirib, zanjirni o‘zgarmas tok manbaiga ulaymiz (7-rasm).

2

T₁

J

1

1
T₂

+

-

7-rasm.
Ikki xil metalldan bir xil tok o‘tganda kavsharlangan bo‘lakning birinchi qismi isiydi, ikkinchi qismi soviydi. Zeebek hodisasiga teskari bo‘lgan bu hodisa J.Pelte tomonidan kuzatilgan.

Bu hodisa uchun Q₁ = - Q₂ tenglik o‘rinli. Tenglamadagi «-» ishora energiya yutilishini e’tiborga oladi. Bu tenglamaning ma’nosi shuki, zanjirning isigan qismidan tashqariga qancha miqdorda issiqlik uzatilsa, zanjirning sovugan qismida tashqaridan shuncha issiqlik miqdori yutiladi. Bu xulosa energiyaning saqlanish qonuniga mos.
Shuni alohida ta’kidlash kerakki, 7-rasmda keltirilgan zanjirda Pelte hodisasidan mustaqil ravishda Joul-Lens effekti ham kuzatiladi. Pelte issiqligi atrof muhitga bir xil miqdorda uzatiladi va undan shu miqdorda yutiladi.
Yuqorida keltirilgan (7-rasm) zanjirning isiydigan qismini tashqi muhitxonaga, soviydigan qismini kameraga o‘rnatsak, Pelte hodisasi kopressorsiz ishlaydigan sovutgich mashinasiga aylanadi.
Pelte hodisasi kuchli bo‘lgan yarim o‘tkazgichlarning kashf etilishi bilan mexanik harakatsiz ishlaydigan sovitgich apparatlarni qurish imkoniyati real bo‘lib qoldi.