Bài 16: Dòng điện trong chân không

1.1.1. 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

1.1.2. 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

1.2.1. Thí nghiệm

• Khi áp suất trong ống bằng áp suất khí quyển ta không thấy quá trình phóng điện

• Khi áp suất trong ống đã đủ nhỏ, trong ống có quá trình phóng điện tự lực, trong ống có cột sáng anôt và khoảng tối catôt.

• Khi áp suất trong ống hạ xuống còn khoảng 10^-3mmHg, khoảng tối catôt chiếm toàn bộ ống. Quá trình phóng điện vẫn duy trì và ở phía đối diện với catôt, thành ống thủy tinh phát ánh sáng màu vàng lục.

  • Ta gọi tia phát ra từ catôt làm huỳnh quang thủy tinh là tia catôt.

• Tiếp tục hút khí để đạt chân không tốt hơn nữa thì quá trình phóng điện biến mất.

1.2.2. Tính chất của tia catôt

• Tia catôt truyền thẳng

• Tia catôt làm phát quang một số chất khi đập vào chúng

• Làm đen phim ảnh, huỳnh quang tinh thể, phát tia X, làm nóng vật, tác dụng lực lên vật

• Tia catôt phát ra vuông góc với mặt catôt, gặp vật cản bị chặn lại và làm vật đó tích điện âm

• Tia catôt có thể đâm xuyên các lá kim loại mỏng, tác dụng lên kính ảnh và ion hoá không khí

• Tia catốt bị lệch trong từ trường, điện trường.

1.2.3. Bản chất của tia catôt

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

1.2.4. Ứng dụng

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

Bài 1:

Dòng điện trong chân không sinh ra do chuyển động của:

A. Các electron phát ra từ catốt.

B. Các electron mà ta đưa từ bên ngoài vào giữa các điện cực đặt trong chân không.

C. Các electron phát ra từ anốt bị đốt nóng đỏ.

D. Các ion khí còn dư trong chân không.

Hướng dẫn giải

• Chọn đáp án A

  • Các electron phát ra từ catốt.

Bài 2:

Người ta kết luận tia catốt là dòng hạt điện tích âm vì

A. Nó có mang năng lượng.

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

C. Nó bị điện trường làm lệch hướng.

D. Nó làm huỳnh quang thủy tinh.

Hướng dẫn giải

• Chọn đáp án B

  • Vì khi rọi vào vật nào, nó làm cho vật đó tích điện âm.

Bài 3:

Catốt của một điốt chân không có diện tích mặt ngoài \(S = 10m{m^2}\) . Dòng bão hòa \({I_{bh}} = 10mA\) . Tính số electron phát xạ từ một đơn vị diện tích của catốt trong một giây.

Hướng dẫn giải

• Điện lượng chạy qua mặt ngoài của catốt trong một giây là : \(Q = It = {10^{ - 2}}C.\)

• Số electron phat ra từ catốt trong một giây:

\(N = \frac{Q}{e} = \frac{{\mathop {10}\nolimits^{ - 2} }}{{1,{{6.10}^{ - 19}}}} = 6,{25.10^{16}}\)

• Số electron phát ra từ một đơn vị điện tích của catốt trong 1 giây:  

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

Bài 4:

Hiệu điện thế giữa anốt và catốt của một sung electron là 2500 V. Tính tốc độ của electron mà súng phát ra. Cho biết khối lượng của electron là \(9,{11.10^{ - 31}}kg\) .

Hướng dẫn giải:

• Năng lượng electron nhận được dưới dạng động năng:

\(W = eU = 2500eV = 2500.1,{6.10^{ - 19}} = {4.10^{ - 16}}J\)

• Từ công thức:  \(W = \frac{1}{2}m{v^2}\)

• Suy ra:  \(v = \sqrt {\frac{{2W}}{m}}  = \sqrt {\frac{{{{2.4.10}^{ - 16}}}}{{9,{{11.10}^{ - 31}}}}}  = 2,{96.10^7}m/s\)

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.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 11 Bài 16 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Các tính chất nào sau đây của tia catốt chứng tỏ nó là dòng các êlectrôn bay tự do:

  • A. Tia catôt phát ra theo phương vuông góc với bề mặt catôt.
  • B. Tia catôt mang năng lượng lớn: 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.
  • C. Tia catôt bị lệch trong điện trường và từ trường
  • D. Cả 3 đáp án trên

• Câu 2:

  Người ta kết luận tia catốt là dòng hạt điện tích âm vì

  • A. Nó có mang năng lượng.
  • B. Khi rọi vào vật nào, nó làm cho vật đó tích điện âm.
  • C. Nó bị điện trường làm lệch hướng.
  • D. Nó làm huỳnh quang thủy tinh.

• Câu 3:

  Hiệu điện thế giữa anốt và catốt của một sung electron là 2500 V. Tính tốc độ của electron mà súng phát ra. Cho biết khối lượng của electron là \(9,{11.10^{ - 31}}kg\) .

  • A. \(2,{96.10^5}m/s\)
  • B. \(2,{96.10^6}m/s\)
  • C. \(2,{96.10^7}m/s\)
  • D. \(2,{96.10^8}m/s\)

• Câu 4:

  Dòng điện trong chân không sinh ra do chuyển động của:

  • A. Các electron phát ra từ catốt.
  • B. Các electron mà ta đưa từ bên ngoài vào giữa các điện cực đặt trong chân không.
  • C. Các electron phát ra từ anốt bị đốt nóng đỏ.
  • D. Các ion khí còn dư trong chân không.

• Câu 5:

  Catốt của một điốt chân không có diện tích mặt ngoài \(S = 10m{m^2}\) . Dòng bão hòa \({I_{bh}} = 10mA\) . Tính số electron phát xạ từ một đơn vị diện tích của catốt trong một giây.

  • A. \(6,{25.10^{18}}electron\)
  • B. \(6,{25.10^{19}}electron\)
  • C. \(6,{25.10^{20}}electron\)
  • D. \(6,{25.10^{21}}electron\)

Câu 6- Câu 15: Xem thêm phần trắc nghiệm để làm thử Online 

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 11 Bài 16 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Bài tập 1 trang 105 SGK Vật lý 11 nâng cao

Bài tập 2 trang 105 SGK Vật lý 11 nâng cao

Bài tập 16.1 trang 40 SBT Vật lý 11

Bài tập 16.2 trang 40 SBT Vật lý 11

Bài tập 16.3 trang 40 SBT Vật lý 11

Bài tập 16.4 trang 41 SBT Vật lý 11

Bài tập 16.5 trang 41 SBT Vật lý 11

Bài tập 16.6 trang 41 SBT Vật lý 11

Bài tập 16.7 trang 41 SBT Vật lý 11

Bài tập 16.8* trang 41 SBT Vật lý 11

Bài tập 16.9 trang 41 SBT Vật lý 11

Bài tập 16.10 trang 41 SBT Vật lý 11

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý Chúng tôi sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!