Lý 11 Bài 16: Dòng điện trong chân không

a) Bản chất của dòng điện trong chân không

• Chân không là môi trường đã được lấy đi các phân tử khí. Nó không chứa các hạt tải điện nên không dẫn điện.

• Để chân không dẫn điện ta phải đưa các electron vào trong đó.

• Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của các electron được đưa vào trong khoảng chân không đó.

b) Thí nghiệm

- Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu dòng điện trong chân không.

- Thí nghiệm cho thấy đường đặc tuyến V – A của dòng điện trong chân không.

+ Đồ thị a): Khi K không được đốt nóng, I = 0

+ Đồ thị b): Khi K nóng đỏ:

• U_AK < 0: I không đáng kể.

• U_AK > 0: I tăng nhanh theo U rồi đạt giá trị bão hòa.

+ Đồ thị c): Đốt dây tóc với nhiệt độ cao hơn, đường cong (c) có dạng như (b) nhưng dòng bão hòa lớn hơn.

a) Tính chất của tia catôt

• Tia catot phát ra từ catot theo phương vuông góc với bề mặt catot. Gặp một vật cản, nó bị chặn lại làm vật đó tích điện âm.

• Tia catot mang năng lượng, nó có thể làm đen phim ảnh, làm huỳnh quang một số tinh thể, làm kim loại phát ra tia X, làm nóng các vật mà nó rọi vào và tác dụng lực lên các vật đó.

• Từ trường làm tia catot lệch theo hướng vuông góc với phương lan truyền và phương của từ trường, còn điện trường làm tia catot lệch theo chiều ngược với chiều của điện trường.

b) Bản chất của tia catot

Tia catot thực chất là dòng electron phát ra từ catot, có năng lượng lớn và bay tự do trong không gian.

d) Ứng dụng

• Ứng dụng phổ biến nhất của tia catot là để làm ống phóng điện tử và đèn hình.

• Đèn chân không

• Dùng chẩn đoán bệnh trong y tế (tia X)

Hiệu điện thế giữa anôt và và catôt của một súng êlectron là 2500V, tính tốc độ của êlectron mà súng phát ra. Cho biết khối lượng của êlectron là \(9,11.10^{-31}\) kg.

Hướng dẫn giải

Ta nhận thấy động năng của electron có được là do công của điện trường cung cấp.

Động năng của vật: \({{\rm{W}}_đ} = \frac{1}{2}m{v^2}\)

Công của lực điện: \(A = qEd = qU\)

\(\begin{array}{l}
 \Rightarrow {{\rm{W}}_đ} = eU \Leftrightarrow eU = \frac{1}{2}m{v^2}\\
 \Rightarrow v = \sqrt {\frac{{2eU}}{m}}  = \sqrt {\frac{{2.1,{{6.10}^{ - 19}}.2500}}{{9,{{11.10}^{ - 31}}}}}  = 2,{96.10^7}(m/s)
\end{array}\)

Vậy, tốc độ của electron khi súng phát ra là \(2,{96.10^7}(m/s)\)

Catôt của một điôt chân không có diện tích mặt ngoài \(S = 10m{m^2}\) . Dòng bão hoà \(I_{bh} = 10 mA\). Tính số êlectron phát xạ từ một đơn vị điện tích của catôt trong một giây?

Hướng dẫn giải

Điện lượng chạy qua mặt ngoài của catốt trong 1s là Q = It = \(10^{2}C\)

Số êlectron phát ra từ catốt trong 1s: 

 \(N=\frac{Q}{e}=\frac{10^{-3}}{1,6.10^{-19}}=6,25.10^{16}\)

Số êlectron phát ra từ một đơn vị diện tích của catốt trong 1s:

\(N=\frac{N}{S}=\frac{6,25.10^{16}}{10.10^{-6}}=6,25.10^{21}\) electron.

Vậy, số êlectron phát ra từ một đơn vị diện tích của catốt trong 1s là  \(N=6,25.10^{21}\) electron.

Câu 1: Tại sao khi hiệu điện thế U_AK giữa anôt A và catôt K của đèn điôt chân không có giá trị âm và nhỏ, thì cường độ dòng điện I_A chạy qua điôt này lại có giá trị khác không và khá nhỏ?

Câu 2: Tại sao khi hiệu điện thế U_AK giữa hai cực anôt A và catôt K của điôt chân không tăng đến một giá trị dương đủ lớn thì cường độ dòng điện I_A chạy qua điôt này không tăng nữa và đạt giá trị bão hoà?

Câu 3: Vì sao chân không không dẫn điện? Bằng cách nào ta tạo được dòng điện trong chân không?

Câu 4: Điốt chân không có cấu tạo như thế nào và có tính chất gì?

Câu 5: Tia catốt là gì? Có thể tạo ra nó bằng cách nào?

Câu 1: Câu nào dưới đây nói về bản chất tia catôt trong ống tia catôt là đúng?

A. Là chùm ion âm phát ra từ catôt bị nung nóng.

B. Là chùm ion dương phát ra từ anôt.

C. Là chùm êlectron phát ra từ anôt bị nung nóng ở nhiệt độ cao.

D. Là chùm êlectron phát ra từ catôt.

Câu 2: Câu nào dưới đây nói về tính chất tia catôt trong ống tia catôt là không đúng?

A. Phát ra từ catôt, truyền ngược hướng điện trường tới anôt trong ống.

B. Phát ra từ catôt, truyền theo hướng điện trường tới anôt trong ống.

C. Mang năng lượng lớn, làm một số tinh thể phát huỳnh quang, làm kim loại phát tia X, làm nóng các vật bị nó rọi vào.

D. Bị từ trường hoặc điện trường làm lệch đường.

Câu 3: Câu nào dưới đây nói về mối liên hệ của cường độ dòng điện I_A chạy qua đèn điôt chân không với hiệu điện thế U_AK giữa anôt A và catôt K là không đúng?

A. Khi catôt K không bị nung nóng, thì I_A = 0 với mọi giá trị của U_AK.

B. Khi catôt bị nung nóng ở nhiệt độ cao, thì I_A ≠ 0 với mọi giá trị của U_AK.

C. Khi catot bị nung nóng ở nhiệt độ cao, thì I_A tăng theo mọi giá trị dương của U_AK.

D. Khi catôt bị nung nóng ở nhiệt độ cao và tăng dần U_AK từ 0 đến một giá trị dương U_bh thì I_A sẽ tăng dần tới giá trị không đổi I_bh gọi là dòng điện bão hoà.

Câu 4: Câu nào dưới đây nói về điều kiện để có dòng điện chạy qua đèn điôt chân không là đúng ?

A. Chỉ cần đặt một hiệu điện thế U_AK có giá trị dương giữa anôt A và catôt K của đèn.

B. Phải nung nóng catôt K bằng dòng điện, đồng thời đặt hiệu điện thế U_AK có giá trị âm giữa anôt A và catôt K của đèn.

C. Chỉ cần nung nóng catôt K bằng dòng điện và nối anôt A với catôt K qua một điện kế nhạy.

D. Phải nung nóng catôt K bằng dòng điện, đồng thời đặt hiệu điện thế U_AK có giá trị dương giữa anôt A và catôt K của đèn.

Câu 5: Người ta kết luận tia catôt là dòng hạt tích điện âm vì

A. Nó có mang năng lượng

B. Khi rọi vào vật nào, nó làm cho vật ấy tích điện âm

C. Nó bị điện trường làm lệch hướng

D. Nó làm huỳnh quang thuỷ tinh

Qua bài giảng Dòng điện trong chân không này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Nêu được bản chất của dòng điện trong chân không.

• Nêu được bản chất và ứng dụng của tia catôt.