НПСФ 2025, 11. клас — Задача 1. Лампов диод

Пролетно национално състезание по физика 2025, тема за XI клас (пета състезателна група) · 14 март 2025 г. · 10 т.

Условие

Ламповият диод представлява електровакуумно устройство, състоящо се от два електрода (катод и анод), поставени във вакуумиран стъклен цилиндър. Към катода има нагревател, който по време на работа го нагрява, вследствие на което около катода се отделят електрони, формиращи електронен облак (термоелектронна емисия). В зависимост от посоката (поляритета) на приложеното към електродите напрежение $U$ през диода може да протича ток $I$.

1.1. Ако имате източник на постоянно напрежение, към кой от полюсите му трябва да вържете анода (A), за да протича ток във веригата? Обосновете отговора си в рамките на едно изречение. [1 т.]

1.2. Зависимостта на тока през диода от приложеното напрежение има вида $I = cU^n$, където $c$ и $n$ са неизвестни константи. Определете $c$ и $n$, като използвате описания по-долу модел за механизма на термоелектронната емисия. Диодът се разглежда като плосък кондензатор с площ на плочите $S$ и разстояние между тях $d$. При подаване на напрежение известна част $a$ от заряда на повърхността на катода се отделя в обема, затворен между двата електрода и преминава от катода до анода. Приемете, че зарядите в обема на кондензатора са достатъчно малко, така че не променят полето му. Началната скорост на отделените от катода заряди е много малка. Масата на електрона $m$, както и зарядът му $e$, са известни. [5,5 т.]

1.3. Колко пъти ще се увеличи силата, действаща на анода в следствие на ударите на зарядите идващи от катода, ако увеличим напрежението три пъти? Приемете, че при удара зарядите отдават цялата си енергия. [3,5 т.]

Отговори

Решение

---

Оригинал в Архива: proletni_2025_11problems.pdf · официални решения: proletni_2025_11solutions.pdf