1. КАК РАБОТАЕТ РАДИОЛАМПА.
Ознакомление с историей изобретения радиолампы возвращает нас к 1881 г., когда известный изобретатель Томас Эдисон обнаружил явление, положенное впоследствии в основу действия почти каждой радиолампы. Занимаясь опытами, целью которых было улучшение первых электрических ламп, Эдисон ввёл внутрь стеклянной колбы лампы металлическую пластинку, расположив её поблизости от накаливаемой угольной нити. Эта пластинка совершенно не соединялась с нитью внутри колбы (фиг. 1). Металлический стержень, на котором держалась пластинка, проходил сквозь стекло наружу. Чтобы нить не перегорела, воздух из колбы лампы был выкачан. Изобретатель был весьма удивлён, заметив отклонение стрелки электроизмерительного прибора, включённого в проводник, соединяющий между собой металлическую пластинку с положительным полюсом (плюсом) батареи накала нити. Исходя из обычных по тому времени представлений, нельзя было ожидать появления тока в цепи «пластинка — соединительный провод — плюс батареи», так как эта цепь незамкнута. Тем не менее ток по цепи проходил. Когда же соединительный провод подключили не к плюсу, а к минусу батареи, ток в цепи пластинки прекращался. Эдисон не смог дать объяснения открытому им явлению, которое вошло в историю радиолампы под названием эффекта Эдисона.
Фиг. 1. Явление Эдисона
Объяснение эффекту Эдисона было дано гораздо позже, уже после того, как в 1891 г. Стонеем и Томсоном были открыты электроны — мельчайшие отрицательные заряды электричества. В 1900–1903 гг. Ричардсон предпринял научные исследования, результатом которых явилось опытное и теоретическое подтверждение вывода Томсона о том, что раскалённая поверхность проводников испускает, эмиттирует электроны. Оказалось, что способ нагревания проводника безразличен: раскалённый на горящих углях гвоздь эмиттирует электроны (фиг. 2) так же, как и накаливаемая электрическим током нить электрической лампы. Чем выше температура, тем более интенсивна электронная эмиссия. Ричардсон глубоко исследовал электронную эмиссию и предложил формулы для расчёта количества эмиттируемых электронов. Им же было установлено, что будучи нагретыми до одинаковой температуры, разные проводники эмиттируют электроны в различной степени, что было приписано структурным свойствам этих проводников, т.е. особенностям их внутреннего строения. Повышенными эмиссионными свойствами отличаются цезий, натрий, торий и некоторые другие металлы. Этим впоследствии воспользовались при конструировании интенсивных эмиттеров электронов.
Фиг. 2. Накалённый гвоздь эмиттирует электроны
Однако, установление одного лишь факта существования электронной эмиссии с поверхности раскалённых проводников (такая эмиссия называется термоионной или термоэлектронной) не объясняет ещё появления тока в цепи пластинки лампы Эдисона. Но все становится совершенно понятным, если вспомнить два обстоятельства: 1) разноимённые электрические заряды стремятся притянуться, а одноимённые — оттолкнуться; 2) поток электронов образует собой электрический ток тем большей силы, чем большее количество электронов перемещается (фиг. 3). Пластинка, соединяемая с плюсом батареи накала лампы, заряжается положительно и потому притягивает к себе электроны, заряд которых отрицателен. Таким образом, кажущийся разрыв цепи внутри лампы оказывается замкнутым и в цепи устанавливается электрический ток, который проходит через электроизмерительный прибор. Стрелка прибора отклоняется.
Фиг. 3. Положительный электрод притягивает электроны, — в цепи: нить лампы — пластинка — батарея — проходит ток
Если пластинку зарядить по отношению к нити отрицательно (это именно и получается, когда она присоединена к минусу батареи накала), то она будет отталкивать от себя электроны. Хотя раскалённая нить и будет по-прежнему эмиттировать электроны, но на пластинку они не попадут. Никакого тока в цепи пластинки не возникнет, и стрелка прибора покажет нуль (фиг. 4). Раскалённая нить окажется окружённой со всех сторон большим количеством беспрерывно эмиттируемых нитью и вновь к ней возвращающихся электронов. Это «электронное облако» вокруг нити создаёт отрицательный пространственный заряд, который препятствует вылету из нити электронов. Устранить пространственный заряд («рассосать электронное облако») можно действием положительно заряженной пластинки. По мере увеличения положительного заряда притягивающая электроны сила пластинки возрастает, все большее и большее количество электронов покидает «облако», направляясь к пластинке. Пространственный отрицательный заряд вокруг нити уменьшается. Ток в цепи пластинки возрастает. Стрелка прибора отклоняется по шкале в сторону больших показаний. Таким образом ток в цепи пластинки можно менять изменением положительного заряда пластинки. Это — вторая возможность увеличения тока. О первой возможности мы уже знаем: чем выше температура раскалённой нити, тем сильнее эмиссия. Однако, повышать температуру нити можно лишь до известных пределов, после которых возникает опасность перегорания нити. Но и повышение положительного заряда на пластинке также имеет пределы. Чем сильнее этот заряд, тем больше скорости летящих к пластинке электронов. Получается электронная бомбардировка пластинки. Хотя энергия удара каждого электрона и мала, но электронов много, и от ударов пластинка может сильно накалиться и даже расплавиться.