Космический заряд
Пространственный заряд - это концепция, в которой избыточный электрический заряд рассматривается как континуум заряда, распределенного по области пространства (либо по объему, либо по площади), а не как отдельные точечные заряды. Эта модель обычно применяется, когда носители заряда были испущены из какой-либо области твердого тела — облако испущенных носителей может образовать область пространственного заряда, если они достаточно рассредоточены, или заряженные атомы или молекулы, оставшиеся в твердом теле, могут образовать пространство. область заряда.
Объемный заряд возникает только в диэлектрических средах (включая вакуум ), потому что в проводящей среде заряд быстро нейтрализуется или экранируется . Знак объемного заряда может быть как отрицательным, так и положительным. Эта ситуация, пожалуй, наиболее знакома в области вблизи металлического предмета, когда он нагревается до накала в вакууме . Этот эффект впервые наблюдал Томас Эдисон в нитях накала лампочки , где его иногда называют эффектом Эдисона . Объемный заряд является важным явлением во многих вакуумных и твердотельных электронных устройствах.
Когда металлический предмет помещают в вакуум и нагревают до накала, энергии достаточно, чтобы заставить электроны «выкипеть» от поверхностных атомов и окружить металлический предмет облаком свободных электронов. Это называется термоэлектронной эмиссией . Образующееся облако отрицательно заряжено и может притягиваться к любому близлежащему положительно заряженному объекту, создавая электрический ток, проходящий через вакуум.
Было высказано предположение, что в переменном токе (AC) большинство носителей, инжектированных на электроды в течение половины цикла, выбрасываются в течение следующего полупериода, поэтому чистый баланс заряда в цикле практически равен нулю. Однако небольшая часть носителей может быть захвачена на достаточно глубоких уровнях, чтобы удерживать их при инвертировании поля. Количество заряда при переменном токе должно увеличиваться медленнее, чем при постоянном токе (постоянном токе), и становиться заметным через более длительные периоды времени.
Гетерозаряд означает, что полярность пространственного заряда противоположна полярности соседнего электрода, а гомозаряд — обратная ситуация. Ожидается, что при приложении высокого напряжения гетерозаряд вблизи электрода уменьшит напряжение пробоя, тогда как гомозаряд увеличит его. После смены полярности в условиях переменного тока гомозаряд преобразуется в гетеропространственный заряд.
Если « вакуум » имеет давление 10-6 мм ртутного столба или меньше, то основным носителем проводимости являются электроны . Плотность тока эмиссии (J ) с катода в зависимости от его термодинамической температуры T в отсутствие пространственного заряда определяется законом Ричардсона :
