Закон Вина:

Закон смещения Вина — длина волны — на которую приходится максимум энергии в спектре равновесного излучения, обратно пропорциональна абсолютной температуре излучающего тела

Смещение длины волны в зависимости от температуры хорошо иллюстрируется экспериментальными кривыми, изображенными на рисунке.

Длина волны, соответствующая максимуму излучения, обратно пропорциональна абсолютной температуре. Зная положение максимума излучения какой-либо излучающей поверхности (если она может быть принята за абсолютно черное тело) можно оценить ее температуру.

Выражение потому называют законом смещения Вина, потому что оно показывает смещение положения максимума функции по мере возрастания’ температуры в область коротких длин волн. Закон Вина объясняет, почему при понижении температуры нагретых тел в их спектре все сильнее преобладает длинноволновое излучение (например, переход белого каления в красное при остывании металла).

В формуле мы использовали :

— Максимальная длина волны

— Постоянная Вина

— температура

Абсолютно чёрное тело — физическое тело, которое при любой температуре поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах.

Таким образом, у абсолютно чёрного тела поглощательная способность (отношение поглощённой энергии к энергии падающего излучения) равна 1 для излучения всех частот, направлений распространения и поляризаций.

Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.

Инерция электронов и угол пролета:

Вследствие того что электроны имеют массу, они не могут мгновенно пролетать расстояние между электродами. На СВЧ время пролета электронов в лампе, несмотря на свою малость (10^-8 —10^-10 с), соизмеримо с периодом колебаний. Лампа перестает быть малоинерционным прибором. Принято говорить, что на СВЧ проявляется инерция электронов. Инерция электронных процессов в лампе создает вредные фазовые сдвиги, искажает форму импульсов анодного тока и служит причиной возникновения значительных сеточных токов. В результате резко снижается входное сопротивление лампы, увеличиваются потери мощности, а следовательно, уменьшается полезная мощность.

Инерция электронов не влияет на работу лампы, на частотах, соответствующих диапазонам метровых и более длинных волн. Действительно, если период колебаний Т много больше, чем время пролета электронов в лампе t_np, то переменные напряжения на электродах лампы за это время не успевают значительно измениться. Это наглядно показывают графики на рис. 24.2, изображающие изменение напряжений на сетке и на аноде некоторой усилительной лампы, когда период колебаний в 40 раз больше времени пролета электрона. Например, если t_np = 10^-9 с, то Т = 40·10^-9 с, что соответствует f = 1/(40·10^-9) = 25·10⁶ Гц = 25 МГц или длине волны λ = 12 м.

В данном случае можно считать, что пролет электрона от катода к аноду совершается при постоянных напряжениях электродов. Это означает, что движение электронов происходит по обычным законам без каких-либо новых явлений и анодный ток изменяется соответственно изменениям сеточного напряжения. Переменная составляющая анодного тока будет совпадать по фазе с переменным напряжением сетки. Иначе протекают электронные процессы в тех случаях, когда время пролета одного порядка с периодом колебаний.

Режим работы лампы при постоянных напряжениях электродов называется статическим. Если же напряжение хотя бы одного из электродов меняется, но не с очень высокой частотой, то такой режим называется квазистатическим. И наконец, режим называется динамическим, если напряжение хотя бы одного электрода изменяется так быстро, что законы статического режима применять нельзя. На СВЧ лампы работают именно в динамическом режиме. Неприменимость законов статического режима к динамическому объясняется инерцией электронов.

Рис. 24.2. Сравнение времени пролета электронов с периодом колебаний

Вместо времени пролета часто пользуются углом пролета α_пр, который связан с временем t_прсоотношением

α_пр = ω t_пр, (24.3)

где ω — угловая частота переменного напряжения электродов лампы.

Очевидно, что α_пр есть изменение фазового угла переменного напряжения за время t_пр. Если, например, t_пр = Т/4, то α_пр = 90°. При углах пролета меньше 20° инерцию электронов обычно не учитывают, т. е. режим считают квазистатическим.

Рассмотрим особенности электронных процессов в триоде на СВЧ, имея в виду, что электрон большую часть времени пролета тратит на промежуток катод — сетка, так как здесь ускоряющая разность потенциалов невелика. Пусть, для примера, время пролета на этом участке равно половине периода, а рабочая точка установлена в самом начале анодно-сеточной характеристики лампы. На более низких частотах при этом был бы режим отсечки анодного тока, т. е. импульсы анодного тока проходили бы в течение положительных полупериодов переменного сеточного напряжения, а во время отрицательных полупериодов лампа была бы заперта.

Но если t_пр = Т/2, то работа лампы существенно изменится. Электроны, начавшие свое движение от катода в начале положительного полупериода сеточного напряжения, пролетят сквозь сетку в конце этого полупериода. Последующие электроны, начавшие движение позже, не успеют долететь до сетки во время положительного полупериода. Они еще будут в пути, когда на сетке переменное напряжение уже изменит свой знак и поле между сеткой и катодом станет тормозящим. Многие электроны будут заторможены, остановятся, не долетев до сетки, и вернутся на катод. Это особенно относится к электронам, начавшим движение от катода в конце положительного полупериода, так как они почти сразу попадают в тормозящее поле. Возвращение части электронов обратно на катод уменьшает амплитуду импульсов анодного тока. Уменьшается полезная мощность, отдаваемая лампой, и начинается бомбардировка катода возвращающимися электронами. Из-за этого происходит дополнительный нагрев катода. Мощность на нагрев расходуется источником переменного сеточного напряжения. Что же касается электронов, успевших пролететь сквозь сетку, то, когда они движутся далее к аноду, напряжение сетки становится уже отрицательным, а значит, увеличивается разность потенциалов между анодом и сеткой и электроны с увеличенной энергией бомбардируют анод. Дополнительная мощность на эту бомбардировку также отбирается от источника усиливаемого напряжения.

Если рассмотреть электронные процессы в других режимах, то можно прийти к таким же выводам: вследствие инерции электронов уменьшается переменная составляющая анодного тока, увеличивается мощность потерь на аноде и дополнительно нагревается катод от ударов возвращающихся электронов. Эти явления наблюдаются не только при t_пр = Т/2, но и всегда, когда время пролета и период колебаний соизмеримы.