Задания 1–4 — Глава 16. § 118. Электрический ток в вакууме…

Вакуум нужен, чтобы электроны, испущенные нагретым катодом, двигались от катода к аноду, не сталкиваясь с молекулами газа. Тогда они не теряют энергию и не ионизируют газ, пучок остаётся прямолинейным и управляемым. Кроме того, в вакууме не окисляется и не разрушается раскалённый катод, а ток создаётся только электронами термоэмиссии, число которых можно регулировать нагревом и напряжением на электродах.

Нет, практически не наблюдается. Термоэлектронная эмиссия — это «испарение» свободных электронов с поверхности нагретого тела. В диэлектриках почти нет свободных электронов: все электроны связаны с атомами, и при нагревании до температур, при которых вещество ещё не разрушается, они не получают энергии, достаточной для выхода. Поэтому катоды делают из металлов или из металлов с оксидными покрытиями, у которых много свободных электронов.

Электронным пучком управляют электрическим и магнитным полями. Число электронов в пучке регулируют потенциалом дополнительного (управляющего) электрода между катодом и анодом, скорость задают ускоряющим напряжением. В электрическом поле конденсатора пучок отклоняется к положительной пластине, при этом направление смещения определяется знаком напряжения на пластинах. В магнитном поле катушек на электроны действует сила Лоренца, перпендикулярная скорости, и пучок отклоняется. Так пучок направляют в нужную точку экрана.

Электронно-лучевая трубка — вакуумный стеклянный баллон, одна из стенок которого (экран) покрыта люминофором. В узкой части находится электронная пушка: нагреваемый катод, управляющий электрод, регулирующий число электронов, и один или несколько анодов с отверстиями. Аноды разгоняют электроны напряжением в сотни и тысячи вольт и фокусируют их в узкий пучок. Дальше пучок проходит между двумя парами отклоняющих пластин (вертикальных и горизонтальных) или магнитных катушек (в кинескопе). Изменяя напряжение на пластинах, смещают светящуюся точку на экране в любом направлении.

Сила тока равна заряду, переносимому за секунду: I = N·e/t, где N/t — число электронов, покидающих катод в секунду. По условию все электроны, вылетающие с катода, попадают на экран, то есть ток достиг насыщения. Число электронов, испускаемых в секунду, определяется только температурой катода, а не напряжением. Увеличение напряжения лишь ускоряет электроны, но не увеличивает их число, поэтому сила тока не меняется.
Ответ: 1) не изменится.
Оговорка: в ответах учебника указан вариант 2; при условии, что все электроны достигают экрана (ток насыщения), физически верен вариант 1.

Закон Ома (I ∝ U) выполняется в проводнике, где число носителей заряда постоянно, а средняя скорость их упорядоченного движения пропорциональна напряжению. В вакуумном диоде носителей заранее нет: электроны испускаются катодом и образуют вокруг него электронное облако. Чем больше напряжение, тем больше электронов уходит из облака к аноду, то есть в создании тока участвует всё больше носителей, а скорость свободно летящих электронов растёт как √U. Сила тока I = n·e·v·S растёт как U · √U = U^(3/2), поэтому линейная зависимость нарушается.
Ответ: 2) появления дополнительных носителей тока.
Оговорка: выбор сделан по таблице ответов учебника. Вариант 4) описывает вторую составляющую зависимости, множитель √U от свободного ускоренного движения электронов в вакууме.