真空中的电流

在技​​术意义上，空间被称为真空，其中的物质与普通气体介质相比是微不足道的。真空压力至少比大气压力低两个数量级；在这种情况下，其中几乎没有免费的电荷载体。

但据我们所知 电击 称为带电粒子在电场作用下的有序运动，而在真空中，根据定义，没有足够数量的带电粒子足以形成稳定的电流。这意味着为了在真空中产生电流，有必要以某种方式向其中添加带电粒子。

1879 年，托马斯·爱迪生 (Thomas Edison) 发现了热电子辐射现象，如今，热电子辐射已成为通过将金属阴极（负电极）加热到电子开始飞出的状态来在真空中获得自由电子的行之有效的方法之一。这种现象被用于许多真空电子设备，特别是真空管。

让我们将两个金属电极放在真空中并将它们连接到直流电压源，然后开始加热负电极（阴极）。在这种情况下，阴极内部电子的动能将增加。如果以这种方式额外获得的电子能量足以克服势垒（以执行阴极金属的功函数），那么这些电子将能够逃逸到电极之间的空间中。

由于电极之间有 电场 （由上述来源创建），进入该场的电子应该开始朝阳极（正极）方向加速，也就是说，理论上，真空中会产生电流。

但这并不总是可能的，并且只有当电子束能够克服阴极表面上的潜在凹坑时，该凹坑的存在是由于阴极附近出现空间电荷（电子云）。

对于一些电子来说，电极之间的电压与它们的平均动能相比太低，这不足以离开井，它们会返回，而对于一些电子来说，它会高到足以使电子平静下来 - 向前并开始被电场加速。因此，施加到电极的电压越高，离开阴极并成为真空中的载流子的电子就越​​多。

因此，位于真空中的电极之间的电压越高，阴极附近的势阱深度就越小。结果表明，热电子辐射过程中真空中的电流密度与阳极电压之间存在一种关系，这种关系称为朗缪尔定律（以纪念美国物理学家欧文·朗缪尔）或第三定律：

与欧姆定律不同，这里的关系是非线性的。此外，随着电极之间的电位差增加，真空电流密度将增加直到发生饱和，这是阴极电子云中的所有电子到达阳极的情况。进一步增加电极之间的电位差不会导致电流增加。 R

不同的阴极材料具有不同的发射率，以饱和电流为特征，饱和电流密度可以由Richardson-Deshman公式确定，该公式将电流密度与阴极材料的参数联系起来：

这里：

这个公式是科学家根据量子统计推导出来的。