§ 105. Электронная проводимость в высоком вакууме.

Когда газ в трубке разрежен в достаточной степени, проводимость может, как мы видели (§ 102), поддерживаться за счет электронов, выделяющихся из катода (катодные лучи). Правда, в условиях, описанных в предыдущем параграфе, в трубке должны также присутствовать в некотором количестве и ионы, в частности положительные, ибо электроны освобождаются из катода благодаря бомбардировке катода положительными ионами.

Можно, однако, как мы знаем, обеспечить достаточное испускание электронов, применив сильно нагретый катод (§ 90). В таком случае можно осуществить прохождение электрического тока через сосуд с таким высоким вакуумом, при котором роль ионов практически сводится к нулю и весь ток переносится электронами, испускаемыми нагретым катодом. Поскольку в этих условиях положительные ионы практически отсутствуют, катод не испытывает бомбардировки ионами, и для поддержания его в нагретом состоянии, необходимом для испускания электронов, катод должен непрерывно подогреваться, например с помощью тока, пропускаемого через него от вспомогательного источника (батарея накала). Следовательно, проводимость в описываемых приборах является несамостоятельной. В соответствии с этим вольтамперная характеристика в этих случаях имеет вид кривой, подобной изображенной на рис. 149. Сила тока насыщения определяется числом электронов, испускаемых катодом в единицу времени, т. е. зависит (§ 90) от температуры катода, его площади и материала (работы выхода).

Если же напряжение не достигло значения насыщения, то не все электроны, испущенные катодом в единицу времени, успевают достигнуть за это время анода и составить ток. Часть электронов остается в пространстве между катодом и анодом, образуя пространственный отрицательный заряд, который в виде отрицательно заряженного облака скапливается перед катодом и ослабляет своим присутствием электрическое поле анода. Электроны, непрерывно испускаемые катодом, частично отбрасываются этим облаком обратно к катоду и не доходят до анода: устанавливается ток более слабый, чем ток насыщения. Итак, каждому значению напряжения между катодом и анодом соответствует своя плотность электронного облака и своя сила тока. Таким образом, получаются все точки вольтамперной характеристики (рис. 149), начиная от  и до тока насыщения. Лишь при достаточно большом напряжении все электроны, вышедшие из катода, достигают анода, электронное облако полностью рассеивается, и сила тока приобретает свое максимальное значение – значение тока насыщения.