Điện tích không gian được định nghĩa là một vùng không gian nơi các điện tích điện tử tích tụ, có thể xảy ra trong không gian trống hoặc trong một vật liệu cách điện. Các điện tích điện có thể là dương hoặc âm, và chúng có thể di động hoặc không di động. Điện tích không gian có thể ảnh hưởng đến trường điện, tiềm điện và dòng điện trong vùng đó.
Ví dụ về Điện tích không gian
Điện tích không gian có thể xảy ra trong nhiều tình huống, như:
- Tiếp giáp bán dẫn: Khi một bán dẫn kiểu p (có nhiều lỗ trống) tiếp xúc với một bán dẫn kiểu n (có nhiều electron dư), các electron và lỗ trống gần kết giới sẽ tác kết hợp lại, để lại các ion không di động. Điều này tạo ra một vùng Điện tích không gian bị thiếu điện tích di động và có một trường điện đối kháng với sự lan truyền tiếp theo của các điện tích. Vùng này cũng được gọi là lớp bớt đi hoặc vùng bớt đi.
- Ống điện tử: Khi một ống điện tử (như ống hút hoặc bộ chuyển đổi nhiệt điện) được cung cấp điện, các electron được phát ra từ catốt (điện cực âm) và di chuyển về phía cực dương (điện cực dương). Tuy nhiên, các electron mất một khoảng thời gian hữu hạn để đi qua ống và chúng có thể tạo ra một mây các điện tích âm gần catốt. Điều này tạo ra một vùng Điện tích không gian đẩy lùi các electron phát ra và giảm dòng điện. Vùng này cũng được gọi là điện áp catốt hoặc catốt ảo.
- Đánh thủng điện môi: Khi đặt điện áp cao cho một vật liệu cách điện (như một tụ điện hoặc dây điện), điện tích điện có thể được bơm từ các điện cực vào vật liệu hoặc bị ion hóa trong vật liệu. Những điện tích này có thể bị kẹt trong vật liệu hoặc di chuyển dưới tác động của trường điện. Điều này tạo ra một vùng Điện tích không gian biến dạng trường điện và tăng cường áp suất điện trong vật liệu. Điều này có thể dẫn đến đứt điện cách điện, là sự thất bại của tính cách điện của vật liệu.
- Cây nước: Cây nước là cấu trúc giống cây cây mọc trong các dây cách điện polymer thấm nước. Chúng được gây ra bởi phát xạ một phần, đó là những tia lửa nhỏ xảy ra trong dây do áp suất điện cao. Phát xạ một phần tạo ra các vùng Điện tích không gian thu hút các phân tử nước và tạo thành các nhánh của các khoang chứa nước. Những nhánh này làm yếu tính cách điện của dây và làm giảm tuổi thọ của nó.
Tác động của Điện tích không gian
Điện tích không gian có thể có tác động tích cực và tiêu cực đối với các thiết bị và ứng dụng khác nhau, như:
- Bộ chuyển đổi nhiệt điện: Bộ chuyển đổi nhiệt điện là các thiết bị chuyển đổi nhiệt thành điện bằng cách sử dụng phát xạ nhiệt điện, đó là sự phát ra của electron từ bề mặt kim loại nóng. Điện tích không gian giảm hiệu suất và công suất của các bộ chuyển đổi nhiệt điện bằng cách tạo ra một rào cản bổ sung cho các electron phát ra. Để vượt qua rào cản này, cần phải tăng nhiệt độ hoặc giảm điện áp, điều này tăng thất thoát nhiệt hoặc giảm điện áp đầu ra.
- Bộ khuếch đại: Bộ khuếch đại là các thiết bị tăng biên độ của tín hiệu đầu vào bằng cách sử dụng ống điện tử hoặc transistor. Điện tích không gian có thể cải thiện hiệu suất của bộ khuếch đại bằng cách tạo ra một điện áp âm trên một số ống, tương đương với việc cung cấp một tiêu cự âm cho chúng. Tiêu cự này giúp kiểm soát quá trình khuếch đại và giảm thiểu méo tiếng.
- Tạp nhiễu hạt: Tiếng ồn shot là một loại tiếng ồn xuất phát từ sự dao động ngẫu nhiên của dòng điện điện tử do các điện tích rời rạc. Điện tích không gian có thể làm giảm tiếng ồn shot bằng cách ảnh hưởng đến sự di chuyển của các điện tích theo đường đi của chúng. Điều này làm giảm số lượng điện tích đến một điểm cụ thể một cách ngẫu nhiên, từ đó làm giảm biến động thống kê của chúng, đó là tiếng ồn shot.
Điện tích không gian là hiện tượng xảy ra khi các điện tích điện tích tích tụ trong một khu vực không gian nào đó, có thể là trong không gian trống hoặc trong một vật liệu cách điện. Nó có thể có nhiều nguyên nhân khác nhau, chẳng hạn như phát xạ nhiệt điện, kết giới bán dẫn, đứt điện cách điện hoặc cây nước. Nó cũng có thể gây ra nhiều tác động khác nhau, như giảm hiệu suất chuyển đổi nhiệt điện, cải thiện hiệu suất bộ khuếch đại hoặc giảm Tạp nhiễu hạt .
