Электрический ток в вакууме
В вакууме (среде, настолько разреженной, что молекулы не сталкиваются) нет носителей заряда, поэтому ток не течёт, даже если между электродами приложено напряжение. Чтобы создать носители, катод нагревают: испускание электронов раскалённым металлом называется термоэлектронной эмиссией. Электроны, вылетающие из катода, ускоряются анодом (положительным электродом) и достигают его — в вакууме ток представляет собой упорядоченное движение электронов. Если анод отрицательный, а катод положительный, электроны возвращаются на катод и тока нет; таким образом, вакуумный диод (двухэлектродная лампа с анодом и катодом) проводит ток в одном направлении. Его характеристика нелинейна: при малых напряжениях из-за электронного облака около катода ток растёт как Iₐ ∝ U^(3/2) (закон трёх вторых Богуславского–Ленгмюра); когда все электроны, вылетающие из катода, достигают анода, ток перестаёт расти — это ток насыщения. Чем горячее катод, тем больше ток насыщения. Электрон, ускоренный напряжением U, приобретает энергию eU = mυ²/2. До появления полупроводниковых диодов вакуумные диоды использовали для выпрямления переменного тока.
Только вместе с учителем, как демонстрация: рассмотрите схему диода на работающей вакуумной лампе или по рисункам. Ученики не должны прикасаться к высоковольтному оборудованию или раскалённому катоду; не разбивайте стеклянную лампу.