📻 전구에서 진공관을 ... (3)

앞서 에디슨효과와 2 극진공관에 대해 알아보았습니다.
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전구에서 진공관을 ... (1)

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전구에서 진공관을 ... (2)

에디슨효과에서 
전기는 Plate(대전된 금속판)에서 뜨거운 필라멘트 방향으로 흐른다고 했습니다. 그런데 실제 흐른 것은 전자였습니다. 전자는 -전하를 띠고 있고 뜨거운 필라멘트에서 진공을 통과해서 플레이트로 흘렀습니다.

전기의 흐름과 전자의 흐름은 전혀 반대입니다. 에디슨효과가 발견되기 전까지 학자들은 전기의 흐름은  + 양전하의 움직임이라 가정했습니다. 그런데 전자가 발견되어 - 전하의 흐름이 실제적인 흐름 방향이지만 그동안 전기는 +에서 -로 흐른다는 생각을  바꿀 수는 없었고 지금까지 전기흐름 즉 전류의 방향과 전자의 흐름의 방향은 반대라고 정의하게 된 것입니다.

그런데 왜 뜨거운 필라멘트에서는 전자가 나오는 것일까요? 금속은 원자들이 서로 결합할 때 최외각 전자를 공유하여 금속 결합을 형성합니다. 이때 공유된 전자들은 특정 원자에 속박되지 않고 금속 결정 내에서 자유롭게 이동할 수 있게 되는데, 이러한 전자를 자유 전자라고합니다. 이 전자들은 금속 결정 내에서 자유롭게 이동할 수 있으며 금속의 독특한 특성, 즉 전기 전도성, 열 전도성, 광택 등을 가능하게 하는 주요 원인이 됩니다.

또한 자유전자들은 열에너지에 의해 활발하게 움직이기 시작하고 온도가 높아질수록 전자의 운동 에너지가 증가해서 특정 임계값 이상으로 에너지를 얻으면 물질의 표면을 벗어나 방출됩니다. 이때 물질의 표면이 진공이면 쉽게 전자가 튀어나올 수 있습니다. 임계값을 벗어날 수 있게 하는 에너지는 "열"입니다. 그래서 이를 열전자방출이라고 합니다. 에디슨 효과는 열전자방출인 것입니다.

금속표면 밖으로 떨어져 나온 전자들은 주변이 진공일 때 자유롭게 진공 속을 돌아다닐 수 있습니다.
그런데 다른 쪽에  + 전하를 띤 금속이 있다면 - 전하를 띤 전자는 모두 그쪽으로 빨려 들어갑니다. 시각적으로 비유를 한다면 마치 N극 자석이 S극 자석으로 당겨가는 것과 비슷합니다.
혹시 필라멘트에서 전자가 계속 방출되는 그 빈자리는 어떻게 될지? 걱정하시는 분이 계실지 모르겠습니다.
필라멘트에는 - 전기가 연결되어 있기 때문에 전자는 계속 채워집니다.

에디슨효과를 이용해 만든 플레이밍의 진공관은 바로 이런 원리를 이용했습니다. 필라멘트에서 열전자가 방출되게 한 뒤에 플레이트에 + 전하를 걸어 전자를 흡수하게 했습니다. 전자의 흐름이 이와는 반대의 전류 흐름을 나타낸 것입니다. 전자가 방출되는 곳은 필라멘트이기 때문에 전자의 방출이 없는 플레이트로부터 필라멘트 쪽으로는 전자가 흐를 수가 없습니다.

위 그림처럼 전자가 움직이지 못하고 진공관 안에서 전자운만 형성을 합니다. 이런 성질은 전기를 한쪽 방향으로만 흐르게 하는 역할을 하게 됩니다.

조금 길었지만 여기까지가 플레이밍의 2극 진공관에 대한 설명이었습니다. 기억해야 할 것은 뜨거운 열전자는 + 전하를 띤 곳으로 날아가 흡수된다는 사실입니다. - 전하를 띤 곳이 있다면 전자도 -전하이기 때문에 서로 밀어내게 될 것이란 것을 유추할 수 있습니다.
자석이 같은 극끼리 밀어내는 것과 비슷한 현상입니다.

2 극진공관에서 3 극진공관으로 넘어가기 위해 우리가 알아야 할 것은 전자는 - 전기와는 반발한다는 것입니다. 또는 - 전기는 전자의 흐름을 방해할 수 있다로 바꾸어 생각할 수 있습니다.

3극 진공관까지 설명하려고 했으니 앞서 말이 길어져서 오늘은 여기까지 설명을 드리고 3 극진공관에 대한 것은 다음에 다시 이야기드리겠습니다.

 

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