Background Knowledge
ऊष्मीय उत्सर्जन ( Thermionic Emission )
एक 'गर्म' धातु की सतह से मुक्त इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन को थर्मिओनिक उत्सर्जन कहा जाता है।
प्रयुक्त धातुएं टंगस्टन, टैंटलम, ऑक्साइड लेपित बेरियम, स्ट्रोंटियम, आदि हैं।
तापमान 1000 K से 2500K तक होता है
थर्मिओनिक उत्सर्जन सिर्फ तापमान पर नहीं निर्भर करता है, परंतु यह धातु के अंदर इलेक्ट्रॉनों को उत्सर्जन के लिए आवश्यक ऊर्जा पर भी निर्भर करता है।
Factors affecting / प्रभावित करने वाले कारक
धातु सतह की प्रकृति पर
धातु की सतह के तापमान पर
धातु की सतहीय क्षेत्रफ़ल पर
Properties of metal / धातु की विशेषता
निम्न कार्यफ़लन ( Low work-function )
उच्च ग्लांक बिंदु ( Higher melting point )
विस्तृत अध्ययन के लिए निम्न विडियो देखें :-
ठोस में ऊर्जा बैंड ( Energy Band in Solids )
एक स्वतंत्र परमाणु के विलग ऊर्जा स्तर होते है ।
सबसे बाहरी स्तर संयोजक स्तर कहलाता है।
सबसे बाहरी स्तर के इलेक्ट्रॉनों को संयोजक इलेक्ट्रॉन कहा जाता है ।
संयोजक स्तर के ऊपर खाली स्तरों को चालन स्तर के रूप में जाना जाता है ।
ठोस में, परमाणु व्यवस्थित जाली में रहते हैं और प्रत्येक परमाणु पड़ोसी परमाणुओं से प्रभावित रहता है।
परमाणुओं की निकटता के कारण उनके इलेक्ट्रॉन आपस में घुल-मिल जाते हैं ।
इलेक्ट्रॉनों का अंतर मिश्रण के कारण, अनुज्ञेय ऊर्जा के स्तर की संख्या बढ़ जाती है।
एकल ऊर्जा स्तर के बजाय, वहाँ ऊर्जा के स्तर के बैंड होगें ।
इस तरह के भरे हुए निकटवर्ती ऊर्जा स्तरों के एक सेट को एक ऊर्जा बैंड कहा जाता है।
Valence band / संयोजी बंध
Conduction band / चालन बंध
Forbidden Energy Gap / वर्जित ऊर्जा अंतराल
Valence Band:
पिछला पूरी तरह से भर (कम से कम T = 0 K पर ) बैंड को संयोजी बैंड कहा जाता है।
इसमें सन्योजी इलेक्ट्रॉन होते है।
कभी भी रिक्त नही रहता।
Conduction Band:
उच्च ऊर्जा के अगले बैंड को चालन बैंड कहा जाता है।
चालन बैंड खाली या आंशिक रूप से भरा रह सकता है।
इसमे स्थित इलेक्ट्रॉन धारा प्रवाह में भाग लेते है ।
Forbidden Gap:
चालन बैंड के नीचले स्तर और सन्योजी बैंड के शीर्ष स्तर के मध्य ऊर्जा अंतराल को अंतराल बैंड (या वर्जित ऊर्जा अंतराल) कहा जाता है।
Energy Bands in Insulators / कुचालक में ऊर्जा बैंड
कुचालक वह सामग्री है जिसमें धारा बहुत आसानी से प्रवाह नहीं की जा सकती हैं ।
उदाहरण: लकड़ी, कागज, प्लास्टिक, हीरा।
संयोजक बैंड, और चालन बैंड के मध्य वर्जित ऊर्जा अंतराल बहुत बड़ा होता है ।
वर्जित ऊर्जा अंतराल 3eV से अधिक होता है ।
चालन बैंड में कोई इलेक्ट्रॉन नही होता है ।
चालन बैंड से सन्योजी बैंड में इलेक्ट्रॉनों को शिफ्ट करने के लिए बहुत बड़ी ऊर्जा की आवश्यकता होती है ।
कुचालक की प्रतिरोधकता लगभग 1011 से 1016 Ωm के मध्य निहित है।
Energy Bands in Semi-conductors / अर्द्धचालक में ऊर्जा बैंड
अर्धचालक सामग्री वह है जिसकी चालकता कंडक्टर और इंसुलेटर के मध्य हिती है ।
वर्जित ऊर्जा अंतराल 1eV से कम होता है।
Example Ge and Si.
कमरे के तापमान पर अर्धचालक की प्रतिरोधकता इंसुलेटर और कंडक्टर के मध्य में होती है।
अर्धचालक की प्रतिरोधकता लगभग 0.1 से 500 x 10 -3 Ωm के मध्य निहित है।
अर्धचालक मे नकारात्मक तापमान गुणांक देखा गया है जिसका मतलब यह है कि तापमान में वृद्धि के साथ प्रतिरोधकता कम हो जाती है ।
वर्जित ऊर्जा अंतराल 0.7eV for Ge and 1.1eV for Si होता है।
चालन बैंड में कोई इलेक्ट्रॉनों नही होते हैं। 0 K ताप पर सन्योजी बैंड पूरी तरह से भर रहता है
आपूर्ति ऊर्जा की कम मात्रा के बावजूद, इलेक्ट्रॉन आसानी से चालन बैंड से संयोजक बैंड से चले जाते हैं।
यदि तापमान बढ़्या जाता है, तो वर्जित ऊर्जा अंतराल में कमी आती है और कुछ इलेक्ट्रॉन मुक्त होकर चालन बैंड में चले जाते हैं।
सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वालाअर्धचालक पदार्थ सिलिकॉन है क्योंकि यह प्रचूर मात्रा में उपलब्ध है और तापमान पर कम निर्भर रहता है।
Energy Bands in Conductors / चालक में ऊर्जा बैंड
चालक में कोई ऊर्जा अंतराल नही होता है
सन्योजी बैंड और चालन बैंड अतिछादित हो जाते है ।
प्रतिरोधकता लगभग 10 -8 Ωm होती है ।
बैंडों के अतिछादन के कारण इलेक्ट्रॉन मुक्त होकर सन्योजी बैंड से चालन बैंड में प्रवेश करा जाते है।
इसलिए बहुत कम विभवांतर पर भी धारा सतत रूप से प्रवाहित हो सकती है।
चालक में कुल धारा प्रवाह केवल इलेक्ट्रॉनों के कारण होता है।।
चालक में वर्जित उर्जा अंतराल करीब 0.01 eV होता है।
विस्तृत अध्ययन के लिए निम्न विडियो देखें :-