Dòng điện trong chân không - Vật lý 11

Ở bài viết này Cunghocvui gửi đến bạn những kiến thức lý thuyết trong Bài 16 Dòng điện trong chân không như: bản chất, tính chất, cách tạo ra và ứng dụng của dòng điện trong chân không. Cùng với bài tập trắc nghiệm dòng điện trong chân không ở phần cuối giúp bạn củng cố lại kiến thức.

I) Cách tạo ra dòng điện trong chân không

1. Thí nghiệm

- Dưới đây là sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu dòng điện trong chân không

- Nhìn sơ đồ thí nghiệm ta thấy đường đặc tuyến V - A của dòng điện trong chân không

• Đồ thị a): K khi không được đốt nóng, \(I=0\)
• Đồ thị b): K khi nóng đỏ, xảy ra 2 trường hợp:
  • \(U_{AK} <0: I\) không đáng kể
  • \(U_{AK} >0: I\) tăng nhanh theo \(U\) rồi đạt đến giá trị bão hòa.
• Đồ thị c): Ở nhiệt độ cao hơn, đốt dây tóc ta thu được đường cong (c) giống với đường cong (b) nhưng dòng bão hòa của (c) lớn hơn.

2. Bản chất dòng điện trong chân không

- "Chân không" là gì? Môi trường đã được lấy đi các phân tử khí, trong nó không chứa các hạt tải điện nên không dẫn điện, và môi trường đó được gọi là "chân không"

- Chân không dẫn điện khi ta đưa vào trong đó các electron.

- Dòng chuyển dời có hướng của các electron được đưa vào một khoảng chân không thì được gọi là dòng điện trong chân không.

II. Tia Catôt

1. Thí nghiệm

Có 3 trường hợp:

- TH1: Khi áp suất trong ống bằng áp suất khi quyển, ta khong thấy quá trình phóng điện

- TH2: Khi áp suất trong ống đủ nhỏ, bên trong ống có quá trình phóng điện tự lực, trong ống có cột sáng anôt và khoảng tối catôt.

- TH3: Áp suất trong ống giảm xuống còn khoảng \(10^-3mmHg\) thì khoảng tối catôt chiếm toàn bộ ống. Vẫn duy trì quá trình phóng điện và ở vị trí đối diện với catôt, ánh sáng màu vàng lục sẽ được phát ra ở thành ống thủy tinh. Tia phát ra được gọi là tia catôt.

2. Tính chất tia catot

- Tia catôt truyền thẳng

- Một số chất khi đập vào tia catôt sẽ phát quang.

- Phim ảnh bị làm đen, phát ra tia X, các vật được làm nóng và bị tác dụng lực, ngoài ra thì còn làm huỳnh quang tinh thể.

- Tia catôt vuông góc với mặt catôt khi phát ra, nếu gặp vật cản và bị chặn lại thì tia catôt sẽ làm cho vật đó thành điện tích âm.

- Với các lá kim loại mỏng tia catôt có thể đâm xuyên qua, tác dụng lên kính ảnh và ion hóa không khí.

- Trong từ trường và điện trường, tia catôt bị lệch.

3. Bản chất tia catôt

Có 3 bản chất tia catôt cơ bản mà bạn cần nhớ:

- Tia catôt là dòng electron phát ra từ catôt

- Tia catôt có năng lượng lớn

- Tia catôt bay tự do trong không gian

4. Ứng dụng

- Làm ống phóng điện tử và đèn hình, đây là ứng dụng phổ biến nhất.

- Sản xuất đèn chân không

- Chuẩn đoạn bệnh trong y học (tia X)

III) Bài tập trắc nghiệm dòng điện trong chân không

Bài 1: Hãy cho biết dòng điện trong chân không sinh ra do chuyển động của...?

A. Các electron phát ra từ catôt

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

C. Khi anôt bị đốt nóng đỏ, các electron phát ra chuyển động.

D. Các ion khí còn dư trông chân không

=> Đáp án đúng: A

Bài 2: Tại sao lại kết luận tia catôt là dòng hạt điện tích âm?

A. Vì nó bị làm lệch hướng bởi điện trường

B. Vì nó có mang năng lượng

C. Vì khi rọi vào một vật nào đó thì sẽ làm vật đó tích điện âm

D. Vì thủy tinh bị nó làm cho huỳnh quang.

=> Đáp án đúng: C

Bài 3: Cho biết catôt của một điốt chân không có diện tích mặt ngoài \(S=10mm^2\) và cường độ dòng điện bão hòa \(I_{bh}=10mA\). Yêu cầu trong \(1s\) hãy tính số eclectron phát xạ từ một đơn vị diện tích của catôt.

A. \(6,25.10^{16}e\)

B. \(6,25.10^{-16}e\)

C. \(6,25.10^{21}e\)

D. \(6,25.10^{-21}e\)

=> Đáp án đúng: C

=> Hướng dẫn:

• Tính Q - điện lượng chạy qua mặt ngoài catôt: \(Q=It=10^{-2}C\)
• Tính N - số electron phát ra từ catôt trong \(1s\): \(N=\dfrac {Q}{e}=\dfrac {10^-2}{1,6.10^{-19}}=6,25.10^{16}\)
• Tính n - số electron phát ra từ một đơn vị điện tích của catôt trong \(1s\): \(n=\dfrac {N}{S} =6,25.10^{21}e\)

Bài 4: Biết hiệu điện thế giữa anôt và catôt của 1 sung electron là 2500V, khối lượng của electron là \(9,11.10^{-31} kg\). Vậy tốc độ electron do súng phát ra là?

A. \(-2.96.10^7m/s\)

B. \(2.96.10^7m/s\)

C. \(-2.96.10^6m/s\)

D. \(2.96.10^6m/s\)

=> Đáp án đúng: B

=> Hướng dẫn:

• Tính W - năng lượng electron nhận được ở dạng động năng: \(W=e.U=2500eV = 4.10^{-16}J\)
• Ta có công thức: \(W =\dfrac {1}{2}mv^2\) => \(v = \sqrt{\dfrac{2W}{m}} = 2,96.10^7m/s\)

Xem thêm >>> Bài 16 Dòng điện trong chân không

Trên đây là những kiến thức về dòng điện trong chân không mà Cunghocvui gửi đến các bạn học như bản chất, tính chất của dòng dòng điện trong chân không, các ứng dụng của dòng điện trong chân không và một số bài tập trắc nghiệm dòng điện trong chân không. Mong rằng bài viết sẽ giúp ích được nhiều cho các bạn <3