Ruimtelijke Lading: Definitie, Voorbeelden en Effecten
Een ruimtelijke lading wordt gedefinieerd als een gebied in de ruimte waar elektrische ladingen zich ophopen, zowel in vrije ruimte als in een dielectrisch materiaal. De elektrische ladingen kunnen positief of negatief zijn en ze kunnen zowel mobiel als onbeweeglijk zijn. De ruimtelijke lading kan de elektrische veld, de elektrische potentiaal en de stroom in het gebied beïnvloeden.
Voorbeelden van Ruimtelijke Lading
Ruimtelijke lading kan voorkomen in verschillende situaties, zoals:
Halfgeleiderverbindingen: Wanneer een p-type halfgeleider (met te veel gaten) in contact wordt gebracht met een n-type halfgeleider (met te veel elektronen), recombineren de elektronen en gaten bij de verbinding, waardoor achterblijvende onbeweeglijke ionen ontstaan. Dit creëert een ruimtelijke ladingszone die is uitgeput van mobiele ladingdragers en heeft een elektrisch veld dat verdere diffusie van ladingen tegenwerkt. Deze zone wordt ook wel de uithoofdlagere laag of de uithoofdlage zone genoemd.
Elektronenbuizen: Wanneer een elektronenbuis (zoals een vacuümbuis of een thermionische converter) wordt voorzien van stroom, worden elektronen uit de kathode (de negatieve elektrode) uitgestoten en bewegen ze naar de anode (de positieve elektrode). Echter, de elektronen nemen een eindige tijd om de buis over te steken en ze kunnen een wolk van negatieve ladingen nabij de kathode vormen. Dit creëert een ruimtelijke ladingszone die de uitgestoten elektronen afstoot en de stroomverloop vermindert. Deze zone wordt ook wel de kathodeval of de virtuele kathode genoemd.
Ruimtelijke lading kan zowel positieve als negatieve effecten hebben op verschillende apparaten en toepassingen, zoals:
Thermionische converters: Thermionische converters zijn apparaten die warmte omzetten in elektriciteit door gebruik te maken van thermionische emissie, wat de emissie is van elektronen van een heet metaaloppervlak. Ruimtelijke lading reduceert de efficiëntie en stroomopbrengst van thermionische converters door een extra barrière te creëren voor de uitgestoten elektronen. Om deze barrière te overwinnen, zijn hogere temperaturen of lagere spanningen nodig, wat de warmteverlies of de spanninguitvoer verhoogt of vermindert.
Versterkers: Versterkers zijn apparaten die de amplitude van een ingangssignaal verhogen door gebruik te maken van een elektronenbuis of een transistor. Ruimtelijke lading kan de prestaties van versterkers verbeteren door een negatieve spanning op sommige buizen te creëren, wat gelijk is aan het verstrekken van een negatieve bias aan hen. Deze bias helpt bij het controleren van het versterkingsproces en het verminderen van vervorming.
Shot noise: Shot noise is een type ruis dat ontstaat door de willekeurige fluctuaties van elektrische stroom door discrete ladingen. Ruimtelijke lading kan shot noise verminderen door de beweging van ladingen langs hun pad te beïnvloeden. Dit vermindert het aantal ladingen dat willekeurig op een bepaald punt aankomt, waardoor hun statistische variatie, die shot noise is, wordt verlaagd.
Conclusie
Ruimtelijke lading is een fenomeen dat optreedt wanneer elektrische ladingen zich in een ruimte ophopen, zowel in vrije ruimte als in een dielectrisch materiaal. Het kan verschillende oorzaken hebben, zoals thermionische emissie, halfgeleiderverbindingen, dielectrische doorslag, of waterbomen. Het kan ook verschillende effecten hebben, zoals de thermionische conversie-efficiëntie verlagen, de prestaties van versterkers verbeteren, of shot noise verminderen.
Bron: Electrical4u
Verklaring: Respecteer het oorspronkelijke, goede artikelen zijn waard om gedeeld te worden, indien er een schending van rechten is neem dan contact op voor verwijdering.
